Екзоскелет (біоніка): відмінності між версіями
| [очікує на перевірку] | [очікує на перевірку] |
Немає опису редагування |
|||
| Рядок 1: | Рядок 1: | ||
[[Файл:Exoskeleton.gif|thumb|Ескіз екзоскелета [[DARPA | Міністерства оборони США]].]] |
[[Файл:Exoskeleton.gif|thumb|Ескіз екзоскелета [[DARPA | Міністерства оборони США]].]] |
||
'''Екзоскелет''' (від {{lang-el|έξω}} — зовнішній і ''σκελετος'' — скелет) також відомий як '''силова броня''', '''екзокостюм'''<ref name="Ferguson">{{Cite web|last=Ferguson|first=Alan|title=Exoskeletons and injury prevention|url=https://www.safetyandhealthmagazine.com/articles/17370-exoskeletons-in-the-workplace|website=Safety+Health Magazine|accessdate=October 19, 2018|language=en|date=September 23, 2018}}</ref> — це мобільна [[машина]], яку можна носити на всьому [[Людське тіло|тілі людини]] або його частині, забезпечує [[Ергономіка|ергономічну]] [[Опора (статика)|структурну підтримку]] та працює від системи [[Електродвигун|електродвигунів]], [[Пневматика|пневматики]], [[Важіль|важелів]], [[Гідравліка|гідравліки]] або комбінації [[Кібернетика|кібернетичних]] технологій, одночасно дозволяючи достатній рух [[Кінцівка|кінцівок]] із підвищеною силою та витривалістю.<ref>{{Cite web|last=Blake McGowan|title=Industrial Exoskeletons: What You're Not Hearing|url=https://ohsonline.com/articles/2018/10/01/industrial-exoskeletons-what-youre-not-hearing.aspx|website=Occupational Health & Safety|accessdate=2018-10-10|language=en|date=2019-10-01}}</ref> |
|||
'''Екзоскеле́т''' (від {{lang-el|έξω}} — зовнішній і ''σκελετος'' — скелет) — пристрій, призначений для поповнення втрачених функцій, збільшення сили м'язів людини і розширення амплітуди рухів за рахунок зовнішнього каркаса і привідних елементів<ref name=autogenerated1>{{Cite web|accessdate = 2015-10-12|title = Волгоградский государственный медицинский университет (ВолгГМУ)|url = http://www.volgmed.ru/ru/journ/issue/223|publisher = www.volgmed.ru|archive-date = 26 квітня 2017|archive-url = https://web.archive.org/web/20170426002736/http://www.volgmed.ru/ru/journ/issue/223}} (C. 71).</ref>. |
|||
Екзоскелет розроблений для забезпечення кращої стійкості до [[Механічне навантаження|механічних навантажень]], а його [[система керування]] має на меті сприймати й синхронізувати рух користувача з передбачуваним рухом і передавати сигнал двигунам, які керують передачами. Екзоскелет також захищає [[плече]], [[Талія|талію]], [[Спина|спину]] та [[Стегно|стегна]] користувача від [[Механічні перевантаження|перевантаження]] та стабілізує рухи під час підняття та утримання важких предметів.<ref>{{Cite journal|last=Li|first=R.M.|last2=Ng|first2=P.L.|date=2018|title=Wearable Robotics, Industrial Robots and Construction Worker's Safety and Health|url=https://www.researchgate.net/publication/318170755|journal=Advances in Human Factors in Robots and Unmanned Systems|series=Advances in Intelligent Systems and Computing|volume=595|pages=31–36|doi=10.1007/978-3-319-60384-1_4|isbn=9783319603834}}</ref> |
|||
Екзоскелет повторює біомеханіку людини для пропорційного збільшення зусиль під час рухів. Для визначення цих пропорцій слід користуватися поняттям анатомічна параметризація. |
|||
'''Електроприводний екзоскелет''' краще пасивного екзоскелета, оскільки останній не має внутрішнього [[Виконавчий механізм|приводу]] та повністю покладається на власні [[Скелетні м'язи|м’язи]] користувача для рухів, додаючи більше стресу та роблячи користувача більш схильним до [[Перевтома|втоми]], хоча він забезпечує механічні переваги та захист користувача.<ref>{{Cite journal|last=Koopman|first=Axel S.|last2=Kingma|first2=Idsart|last3=Faber|first3=Gert S.|last4=de Looze|first4=Michiel P.|last5=van Dieën|first5=Jaap H.|date=23 January 2019|title=Effects of a passive exoskeleton on the mechanical loading of the low back in static holding tasks|url=https://research.vu.nl/ws/files/75451697/Effects_of_a_passive_exoskeleton_on_the_mechanical_loading_of_the_low_back_in_static_holding_tasks.pdf|journal=Journal of Biomechanics|volume=83|pages=97–103|doi=10.1016/j.jbiomech.2018.11.033|issn=0021-9290|pmid=30514627}}</ref> <ref>{{Cite journal|last=Bosch|first=Tim|last2=van Eck|first2=Jennifer|last3=Knitel|first3=Karlijn|last4=de Looze|first4=Michiel|date=1 May 2016|title=The effects of a passive exoskeleton on muscle activity, discomfort and endurance time in forward bending work|journal=[[The Chartered Institute of Ergonomics and Human Factors|Applied Ergonomics]]|volume=54|pages=212–217|doi=10.1016/j.apergo.2015.12.003|issn=0003-6870|pmid=26851481}}</ref> Наразі існують продукти, які можуть допомогти людям зменшити споживання енергії на цілих 60 відсотків під час перенесення речей.<ref>{{Cite journal|last=Bogue|first=Robert|date=2022-06-30|title=Exoskeletons: a review of recent progress|url=https://www.emerald.com/insight/content/doi/10.1108/IR-04-2022-0105/full/html|journal=Industrial Robot: The International Journal of Robotics Research and Application|language=en|volume=49|issue=5|pages=813–818|doi=10.1108/IR-04-2022-0105|issn=0143-991X}}</ref> |
|||
'''Анатомічна параметризація''' — це визначення відповідностей між різними анатомічними характеристиками будови людського тіла і параметрами механічного пристрою, що обумовлюють оптимальну роботу утворюваної при цьому біомеханічної системи.<ref>{{Cite web|accessdate = 2015-10-12|title = ЖУРНАЛ АНАТОМИИ И ГИСТОПАТОЛОГИИ|url = http://www.janhist.ru/2015-4-2.htm|publisher = www.janhist.ru|archiveurl = https://web.archive.org/web/20160304114509/http://www.janhist.ru/2015-4-2.htm|archivedate = 2016-03-04|deadurl = yes}}</ref><ref>{{Cite web|accessdate = 2015-10-12|title = Волгоградский государственный медицинский университет (ВолгГМУ)|url = http://www.volgmed.ru/ru/journ/article/2392|publisher = www.volgmed.ru|archive-date = 4 березня 2016|archive-url = https://web.archive.org/web/20160304093637/http://www.volgmed.ru/ru/journ/article/2392}}</ref> |
|||
За повідомленнями у відкритій пресі, реально діючі зразки в даний час створені в [[Японія | Японії]], [[Ізраїль | Ізраїлі]], [[Сполучені Штати Америки|США]]<ref>[http://www.membrana.ru/articles/technic/2004/03/05/172700.html Кибернетические штаны поднимают своего хозяина по лестнице] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080311072250/http://www.membrana.ru/articles/technic/2004/03/05/172700.html |date=11 березня 2008 }}. 5 березня 2004</ref> і [[Росія|Росії]].<ref>[http://www.relga.ru/Environ/WebObjects/tgu-www.woa/wa/Main?textid=3647&level1=main&level2=articles [http://www.exoatlet.ru/ Российские ученые из проекта ЭкзоАтлет] представили первый действующий образец экзоскелета] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160304092716/http://www.relga.ru/Environ/WebObjects/tgu-www.woa/wa/Main?textid=3647&level1=main&level2=articles |date=4 березня 2016 }}. 15 августа 2013</ref> |
|||
| ⚫ | В Україні киянин Антон Головаченко побудував оригінальний екзоскелет, який набуває популярності в світі<ref>{{Cite web |
||
== Історія == |
== Історія == |
||
| Рядок 15: | Рядок 11: | ||
Екзоскелет ReWalk, розроблений ReWalk Robotics, дозволяє паралізованим людям ходити. Нова система, за словами дослідників, може застосовуватися пацієнтами в повсякденному житті<ref>{{Cite web |url=http://www.iflscience.com/technology/exoskeleton-allows-paralyzed-people-walk |title=This Exoskeleton Allows Paralyzed People To Walk {{!}} IFLScience<!-- Заголовок добавлен ботом --> |accessdate=11 грудня 2016 |archive-date=1 грудня 2016 |archive-url=https://web.archive.org/web/20161201113957/http://www.iflscience.com/technology/exoskeleton-allows-paralyzed-people-walk/ }}</ref>. |
Екзоскелет ReWalk, розроблений ReWalk Robotics, дозволяє паралізованим людям ходити. Нова система, за словами дослідників, може застосовуватися пацієнтами в повсякденному житті<ref>{{Cite web |url=http://www.iflscience.com/technology/exoskeleton-allows-paralyzed-people-walk |title=This Exoskeleton Allows Paralyzed People To Walk {{!}} IFLScience<!-- Заголовок добавлен ботом --> |accessdate=11 грудня 2016 |archive-date=1 грудня 2016 |archive-url=https://web.archive.org/web/20161201113957/http://www.iflscience.com/technology/exoskeleton-allows-paralyzed-people-walk/ }}</ref>. |
||
| ⚫ | В Україні киянин Антон Головаченко побудував оригінальний екзоскелет, який набуває популярності в світі<ref>{{Cite web|url=http://www.5.ua/nauka/molodyi-heniiinzhener-ukrainskyi-student-stvoryv-ekzoskelet-shcho-zbyraie-nahorody-po-vsomu-svitu-133408.html|title=МОЛОДИЙ ГЕНІЙ-ІНЖЕНЕР: УКРАЇНСЬКИЙ СТУДЕНТ СТВОРИВ ЕКЗОСКЕЛЕТ, ЩО ЗБИРАЄ НАГОРОДИ ПО ВСЬОМУ СВІТУ|accessdate=11 грудня 2016|archive-date=12 грудня 2016|archive-url=https://web.archive.org/web/20161212045101/http://www.5.ua/nauka/molodyi-heniiinzhener-ukrainskyi-student-stvoryv-ekzoskelet-shcho-zbyraie-nahorody-po-vsomu-svitu-133408.html}}</ref> |
||
== Класифікація == |
== Класифікація == |
||
| Рядок 55: | Рядок 53: | ||
* [[Крокохід]] |
* [[Крокохід]] |
||
* [[Бойовий робот]] |
* [[Бойовий робот]] |
||
* [[Кіборг # Омар | |
* [[Кіборг # Омар |Омар]] |
||
* [[Чоботи-скороходи]] |
* [[Чоботи-скороходи]] |
||
* [[Нейроінженерія]] |
|||
* [[Нейрокомп'ютерний інтерфейс]] |
|||
== Примітки == |
== Примітки == |
||
Версія за 16:02, 20 лютого 2023
Екзоскелет (від грец. έξω — зовнішній і σκελετος — скелет) також відомий як силова броня, екзокостюм[1] — це мобільна машина, яку можна носити на всьому тілі людини або його частині, забезпечує ергономічну структурну підтримку та працює від системи електродвигунів, пневматики, важелів, гідравліки або комбінації кібернетичних технологій, одночасно дозволяючи достатній рух кінцівок із підвищеною силою та витривалістю.[2]
Екзоскелет розроблений для забезпечення кращої стійкості до механічних навантажень, а його система керування має на меті сприймати й синхронізувати рух користувача з передбачуваним рухом і передавати сигнал двигунам, які керують передачами. Екзоскелет також захищає плече, талію, спину та стегна користувача від перевантаження та стабілізує рухи під час підняття та утримання важких предметів.[3]
Електроприводний екзоскелет краще пасивного екзоскелета, оскільки останній не має внутрішнього приводу та повністю покладається на власні м’язи користувача для рухів, додаючи більше стресу та роблячи користувача більш схильним до втоми, хоча він забезпечує механічні переваги та захист користувача.[4] [5] Наразі існують продукти, які можуть допомогти людям зменшити споживання енергії на цілих 60 відсотків під час перенесення речей.[6]
Історія
Перший екзоскелет був спільно розроблений General Electric і United States military в 60-х, і називався Hardiman. Він міг піднімати 110 кг при зусиллі, що застосовується при підйомі 4,5 кг. Однак він був непрактичним через його значну масу в 680 кг. Проект не був успішним. Будь-яка спроба використання повного екзоскелета закінчувалася інтенсивним неконтрольованим рухом, в результаті чого ніколи не перевірявся з людиною всередині. Подальші дослідження були зосереджені на одній руці. Хоча вона мала піднімати 340 кг, її вага становила 750 кг, що в два рази перевищувало підйомну потужність. Без отримання разом всіх компонентів для роботи практичне застосування проекту Hardiman було обмежено[7].
Екзоскелет ReWalk, розроблений ReWalk Robotics, дозволяє паралізованим людям ходити. Нова система, за словами дослідників, може застосовуватися пацієнтами в повсякденному житті[8].
В Україні киянин Антон Головаченко побудував оригінальний екзоскелет, який набуває популярності в світі[9]
Класифікація
Екзоскелети, створені на сьогоднішній день, або знаходяться в стадії перспективних розробок можуть бути класифіковані за такими ознаками[10]:
- Тип виконавчого механізму
- Наявність приводу посилення зчленувань
- Анатомічна локалізація посилених зчленувань
- Наявність вбудованого джерела енергії
- Вид використовуваного силового приводу
- Спосіб отримання сигналу
- Тип силової установки і джерела енергії
- Область практичного застосування
Напрямки розробки
Головним напрямом розробок є військове застосування екзоскелетів з метою підвищення мобільності тактичних груп і підрозділів, що діють у пішому порядку, за рахунок компенсації фізичного навантаження солдат, зумовленого значною вагою екіпіровки.[11] Зменшення фізичного навантаження для підвищення рухливості і швидкості також може поєднуватися зі збільшенням сили того, хто використовує екзоскелет.
Інтеграція у бойове спорядження буде супроводжуватися перетворенням екзоскелета на багатофункціональну систему. Окрім основного призначення, він може виконувати функції електрогенератора, сховища акумуляторних батарей, каркаса для кріплення модулів бронезахисту, засобів телекомунікацій, різних сенсорів і датчиків, проведення ліній електроживлення та передачі даних.[11] Заслуговує на увагу застосування екзоскелета як складового елементу конструкції сидінь, що забезпечує фіксацію солдата та його захист від перенавантажень під час підриву мін [12] , а також в якості антенної системи для передачі і прийому радіосигналів.[11]
Іншою можливою областю застосування екзоскелетів є допомога травмованим людям і людям з інвалідністю, літнім людям, які в силу свого віку мають проблеми з опорно-руховим апаратом.
Модифікації екзоскелетів, а також окремі їх моделі, можуть надавати значну допомогу рятувальникам при розборах завалів зруйнованих будівель. При цьому екзоскелет може захистити рятувальника від падіння уламків.
У 1960-і рр. компанія General Electric розробила електричну і гідравлічну конструкцію під назвою Hardiman, за формою нагадувала навантажувач-екзоскелет, який лейтенант Еллен Ріплі (У фільмі « Чужі») використовує в фінальному бою проти матки Чужих [1], однак при вазі в 1500 фунтів (680,4 кг) конструкція була неефективна.
Робочі приклади екзоскелетів були побудовані, але широке застосування таких моделей поки неможливо. Це, наприклад, екзоскелет XOS компанії Sarcos, який був розроблений на замовлення армії США. За заявами преси, машина вдало спроектована але, через відсутність акумуляторів достатньої ємності, демонстрацію довелося проводити в режимі роботи від мережі (ролик з демонстрацією є на YouTube[13]).
Деякі екзоскелети (Hybrid Assistive Limb, Honda Walking Assist Device) позиціонуються як пристрої для людей з проблемами опорно-рухового апарату[14]. Honda Walking Assist Device був зроблений компанією Honda в трьох розмірах — малий, середній (маса 2,8 кг), великий.
Компанія Ekso, яка спеціалізується на розробці екзоскелетів, одягла у екзоскелети співробітників компанії Ford: 2018 року саме завдяки екзоскелетам EksoVest кількість лікарняних на виробництві стала однією з найнижчих в історії компанії.[15][16]
Компанія Laevo (Нідерланди) розробила пасивний варіант екзоскелета, в якому використані гідравлічні циліндри. Він призначений для полегшення виконання логістичних операцій і знижує суб'єктивне сприйняття навантаження на 40 - 50 %. При нахилах тулуба та присіданнях в гідроциліндрах екзоскелета формується надмірний тиск, що вивільняється у процесі повернення тіла в вертикальне положення, утворюючи в той момент додаткове зусилля для розвантаження відповідних м'язів. Вага виробу версії V2.4 стновить 2,5 кг, версії V2.5 - 2,8 кг. Гідроциліндри розраховані мінімум на 250 тис. спрацьовувань протягом 3 років. Температура оточуючого середовища в процесі експлуатації має бути плюсовою. Екзоскелет отримав медичний сертифікат "CE - Medical Device Class I".
Див. також
- Екзоатлет
- Скафандр
- Обладунки
- Крокохід
- Бойовий робот
- Омар
- Чоботи-скороходи
- Нейроінженерія
- Нейрокомп'ютерний інтерфейс
Примітки
- ↑ Ferguson, Alan (23 вересня 2018). Exoskeletons and injury prevention. Safety+Health Magazine (англ.). Процитовано 19 жовтня 2018.
- ↑ Blake McGowan (1 жовтня 2019). Industrial Exoskeletons: What You're Not Hearing. Occupational Health & Safety (англ.). Процитовано 10 жовтня 2018.
- ↑ Li, R.M.; Ng, P.L. (2018). Wearable Robotics, Industrial Robots and Construction Worker's Safety and Health. Advances in Human Factors in Robots and Unmanned Systems. Advances in Intelligent Systems and Computing. 595: 31—36. doi:10.1007/978-3-319-60384-1_4. ISBN 9783319603834.
- ↑ Koopman, Axel S.; Kingma, Idsart; Faber, Gert S.; de Looze, Michiel P.; van Dieën, Jaap H. (23 January 2019). Effects of a passive exoskeleton on the mechanical loading of the low back in static holding tasks (PDF). Journal of Biomechanics. 83: 97—103. doi:10.1016/j.jbiomech.2018.11.033. ISSN 0021-9290. PMID 30514627.
- ↑ Bosch, Tim; van Eck, Jennifer; Knitel, Karlijn; de Looze, Michiel (1 May 2016). The effects of a passive exoskeleton on muscle activity, discomfort and endurance time in forward bending work. Applied Ergonomics. 54: 212—217. doi:10.1016/j.apergo.2015.12.003. ISSN 0003-6870. PMID 26851481.
- ↑ Bogue, Robert (30 червня 2022). Exoskeletons: a review of recent progress. Industrial Robot: The International Journal of Robotics Research and Application (англ.). 49 (5): 813—818. doi:10.1108/IR-04-2022-0105. ISSN 0143-991X.
- ↑ Екзоскелет (англ.)
- ↑ This Exoskeleton Allows Paralyzed People To Walk | IFLScience. Архів оригіналу за 1 грудня 2016. Процитовано 11 грудня 2016.
- ↑ МОЛОДИЙ ГЕНІЙ-ІНЖЕНЕР: УКРАЇНСЬКИЙ СТУДЕНТ СТВОРИВ ЕКЗОСКЕЛЕТ, ЩО ЗБИРАЄ НАГОРОДИ ПО ВСЬОМУ СВІТУ. Архів оригіналу за 12 грудня 2016. Процитовано 11 грудня 2016.
- ↑ А. Верейкин. Виды и классификация экзоскелетов. Архів оригіналу за 31 грудня 2016. Процитовано 11 грудня 2016.
- ↑ а б в Слюсар, В.И. (2018). Тактический экзоскелет как антенная система (PDF). Зб. матеріалів VI міжнародної науково-практичної конференції “Проблеми координації воєнно-технічної та оборонно-промислової політики в Україні. Перспективи розвитку озброєння та військової техніки”. – Київ. – 2018. – C. 139 - 140. doi:10.13140/RG.2.2.16203.03362. Архів оригіналу (PDF) за 27 жовтня 2018. Процитовано 27 жовтня 2018.
- ↑ Слюсар, В.И. (2017). Перспективні підходи до дизайну сидінь бойових транспортних засобів (PDF). Зб. матеріалів 17-ї науково-технічної конференції “Створення та модернізація озброєння і військової техніки в сучасних умовах”.– Чернігів: Державний науково-випробувальний центр Збройних Сил України. – 07 -08 вересня 2017 р. - C. 334 - 335. Архів оригіналу (PDF) за 29 серпня 2018. Процитовано 30 листопада 2018.
- ↑ Ролик с демонстрацией экзоскелета XOS на YouTube
- ↑ Honda создала портативный экзоскелет для пожилых [Архівовано 9 вересня 2011 у Wayback Machine.]. 22 апреля 2008
- ↑ We Try a New Exoskeleton for Construction Workers. WIRED (амер.). Архів оригіналу за 26 серпня 2018. Процитовано 4 вересня 2018.
- ↑ Ford одягне працівників на заводах в екзоскелети. Tokar.ua (укр.). 22 серпня 2018. Архів оригіналу за 4 вересня 2018. Процитовано 4 вересня 2018.
Посилання
 |
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Екзоскелет (біоніка) |
- Stress Testing Real-Life Robot Legs | WIRED (2022)
- Японский экзоскелет с защитой от радиации [Архівовано 2 жовтня 2015 у Wayback Machine.]
- Софт@mail.ru: Американцы готовы поставить пехотные экзоскелеты на конвейер
- Wearable Power Assist Suit(англ.)
- Ireland On-line: Wheelchair-bound Japanese man looks to robot suit(англ.)
- Building the Real Iron Man [Архівовано 25 січня 2016 у Wayback Machine.](англ.)
- Pentagon to Develop Super-Suits [Архівовано 9 лютого 2012 у Wayback Machine.](англ.)
- inventors.about.com — Exoskeleton(англ.)
- LIFESUIT Robotic Exoskeleton [Архівовано 25 грудня 2021 у Wayback Machine.](англ.)
- Honda to Showcase Experimental Walking Assist Device at BARRIER FREE 2008 [Архівовано 5 березня 2016 у Wayback Machine.] April 22, 2008
- Honda создала портативный экзоскелет для пожилых [Архівовано 26 квітня 2008 у Wayback Machine.]. 22 апреля 2008
- [[https://web.archive.org/web/20181125115614/http://www.laevo.nl/wp-content/uploads/2018/04/2018-03-12-Laevo-Instructions-V2.4-2.5-EN.pdf Архівовано 25 листопада 2018 у Wayback Machine.] Manual Laevo V2.4 – V2.5 (EN)]]
