Hvordan Exoskeletons vil fungere

Hvis du er fan af tegneserier og film "Iron Man", du er sikkert fascineret af den drevne, flyveegnet rustningsdragt, som den fiktive industrimand Tony Stark tager på, når han går ud for at kæmpe mod onde. Ville det ikke være fantastisk at have en af ​​dem i nærheden?

Du vil måske blive overrasket over at lære det, en dag snart, en kun lidt mindre utrolig version af Iron Mans jakkesæt kan gøre det muligt for amerikanske soldater at løbe hurtigere, bære tungere våben og springe over forhindringer på slagmarken. Og på samme tid, det vil beskytte dem mod virkningerne af kugler og bomber. Militæret har arbejdet med konceptet om det drevne eksoskelet, en teknologi designet til at forstærke menneskekroppen og dens evner, siden 1960'erne. Men de seneste fremskridt inden for elektronik og materialevidenskab får endelig denne idé til at virke praktisk.

I 2010, forsvarsentreprenør Raytheon demonstrerede den eksperimentelle XOS 2 - hovedsageligt en bærbar robot styret af den menneskelige hjerne - der kan løfte to til tre gange så meget vægt som et menneske uden hjælp, uden brug af kræfter fra brugeren. Et andet firma, Trek Aerospace, udvikler Springtail Exoskeleton Flying Vehicle, en eksoskeletramme med en jetpack indbygget, som kunne flyve op til 112 km i timen (112,6 kilometer i timen) og svæve ubevægeligt tusinder af fødder over jorden, også [kilde:Hanlon].

Men andre end militæret kan have gavn af advent. Det er muligt, at folk med rygmarvsskader eller muskelsvind kan en dag komme lige så let rundt som fuldt udviklede mennesker gør, takket være enheder i hele kroppen-hovedsageligt bærbare robotter - der gør dem i stand til at gøre, hvad deres egne muskler og nerver ikke kan. Tidlige versioner af sådanne drevne eksoskeletter, ligesom Argo Medical Technologies '$ 150, 000 ReWalk -enhed, er allerede på markedet [kilder:Argo Medical Technologies, Ugwu].

Hvordan vil fremtidige generationer af drevne eksoskeletter revolutionere både slagmarken og eksistensen i fredstid? Og, hvilke tekniske forhindringer skal forskere og designere overvinde for at gøre drevne eksoskeletter virkelig praktiske til daglig brug?

Først, lad os se på, hvor konceptet kom fra, og hvordan det har udviklet sig.

1. Historien om menneskelig forstørrelse
2. Morphing mand og maskine
3. Udviklingsudfordringer

Historien om menneskelig forstørrelse

Krigere har haft rustning på deres kroppe siden oldtiden, men ideen om en krop med mekaniske muskler dukkede op i science fiction tilbage i 1868, da Edward Sylvester Ellis udgav en skillingroman, "Præriernes dampmand." Bogen skildrede en kæmpe humanoidformet dampmaskine, der slæbte sin opfinder, den geniale Johnny Brainerd, bag den i en vogn med hastigheder på 60 miles i timen (96,5 kilometer i timen), mens den jagtede bøfler og terroriserede indianere [kilde:Landon].

I 1961, to år før den fiktive Iron Man blev skabt af Marvel Comics, Pentagon havde faktisk inviteret forslag til virkelige bærbare robotter. En artikel fra Associated Press rapporterede om søgen efter at udvikle "servosoldaten, "som den beskrev som" en menneskelig tank udstyret med servostyring og kraftbremser ", der ville være i stand til hurtigere at more sig og løfte tunge genstande, og som ville være immun mod bakteriekrig, giftgas og endda varme og stråling fra atomsprængninger [kilde:Cormier]. I midten af ​​1960'erne Cornell University-ingeniør Neil Mizen havde udviklet et 35-pund (15,8 kilogram) bærbart eksoskelet, kaldet "supermanddragten" eller "mandsforstærkeren, "som Popular Science -magasinet muntert forudsagde til sidst ville give en bruger mulighed for at løfte 1, 000 pund (453,6 kg) med hver hånd. I mellemtiden, General Electric udviklede planer for en 18 fod høj (5,5 meter) enhed, "pedipulatoren, "der ville føre sin operatør rundt inde [kilde:Cloud].

Disse begreber viste sig upraktiske, men forskningen fortsatte. I 1980'erne, forskere ved Los Alamos National Laboratory skabte et design til noget, der hedder Pitman -dragten, et eksoskelet i fuld krop til brug for amerikanske infanterister. Men det blev på tegnebrættet. I 1990'erne, den amerikanske hærs forskningslaboratorium på Aberdeen Proving Ground undersøgte at bygge en dragt, der faktisk lignede nogenlunde Iron Man's, men det projekt kom heller aldrig nogen steder [kilde:Guizzo].

Årevis, vilde-drevne eksoskeletproducenter blev dæmpet af teknologiens begrænsninger. Computere var for langsomme og beskedne til at udføre den behandling, der kræves for at få en dragt til at reagere på en bærers kommandoer eller bevægelser. Der var ikke en energiforsyning, der var tilstrækkeligt bærbar, og aktuatorer, de elektromekaniske muskler, der ville bevæge et eksoskelet, var bare for svage og omfangsrige til at fungere som en menneskekrop. Alligevel, tanken om en mekaniseret, pansret supersoldat lokkede stadig til hærens generaler, og forskere og designere fortsatte med at slite med mulighederne [kilde:Guizzo].

I det næste afsnit, vi vil se på de fremskridt, de har gjort med at løse disse problemer og udvikle et praktisk drevet eksoskelet.

Morphing mand og maskine

I 2000'erne, jagten på en Iron Man-dragt i virkeligheden begyndte endelig at komme et sted.

Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Pentagons inkubator til eksotiske, banebrydende teknologi, kom med midler til et program på 75 millioner dollars, Exoskeletons til forstærkning af menneskelig ydeevne, at fremskynde tingene. DARPAs ønskeliste til en motoriseret pansret dragt var temmelig ambitiøs:Den ville have en maskine, der ville tillade en soldat at slæbe hundredvis af kilo gear i flere dage utrætteligt, håndtere store tunge våben, der normalt kræver to operatører, og kunne bære andre sårede soldater ud af feltet på ryggen. Det ønskede også, at maskinen skulle være usårlig for at skyde, og for virkelig at kunne hoppe, virkelig højt. Nogle forskere afviste ideen som umulig, men andre var villige til at tænke stort [kilde:Mone].

Et firma kaldet Sarcos-ledet af robotproducenten Steve Jacobsen, hvis tidligere projekter omfattede en 80-ton mekaniseret dinosaur-kom med et innovativt system, hvor sensorer registrerer sammentrækninger af en menneskelig brugers muskler og bruger dem til at betjene en række ventiler, som igen regulerer strømmen af ​​højtrykshydraulikvæske til samlingerne. Disse mekaniske led flytter derefter cylindre med kabler fastgjort til dem for at simulere sener, der fastgør menneskelig muskel. Resultatet var en eksperimentel prototype kaldet XOS, som lignede en hybrid mellem mennesker og insekter ud af en sci-fi-film. I 2005, XOS fremkom som den enhed, der var tættest på militærets vision, og projektet flyttede til udviklingsstadiet. Sarcos blev til sidst opkøbt af Raytheon, som fortsatte arbejdet [kilde:Mone].

I mellemtiden, andre tøj, såsom Berkeley Bionics, arbejdet på at reducere mængden af ​​energi, kunstige lemmer kræver, så et drevet eksoskelet kunne fungere længe nok i marken til at være praktisk. Et design fra midten af ​​2000'erne, den menneskelige lastbærer, angiveligt var i stand til at fungere i 20 timer uden genopladning [kilde:Mone].

I slutningen af ​​årtiet, et japansk firma kaldet Cyberdyne udviklede Robot Suit HAL, et endnu mere genialt koncept. I stedet for at stole på en menneskelig operatørs muskelsammentrækninger for at flytte lemmerne, HAL indarbejdede sensorer, der opfanger de elektriske meddelelser, der blev sendt af operatørens hjerne. Teoretisk set et eksoskelet baseret på HAL-5-konceptet ville sætte en bruger i stand til at gøre, hvad han eller hun ville uden at flytte en muskel, simpelthen ved at tænke over det [kilde:Cyberdyne].

I det næste afsnit, vi vil se på den aktuelle state of the art inden for drevne eksoskeletter, og hvor teknologien snart kan føre hen.

Udviklingsudfordringer

I 2010, Defense Advanced Research Projects Agency's (DARPA) eksoskeletprojekt havde produceret lovende teknologi. Network World rapporterer, at nuværende systemer, som vejer omkring 25 kilo kan gøre det muligt for menneskelige operatører at bære 200 kilo (91 kilo) vægt med lidt eller ingen indsats og dramatisk mindre træthed. Derudover de nyeste eksoskeletter er mere støjsvage end den typiske kontorprinter, og kan køre med hastigheder på 16 kilometer i timen (16 kilometer i timen) og udføre squats og kravler, ud over at løfte [kilde:Heary]. Raytheon var så sikker på sine udsigter, at i 2010, det udgav en video med Clark Gregg, en af ​​skuespillerne fra filmen "Iron Man", laver fortællingen som en anden generations eksoskelet-karatehakket træ, lavede armbøjninger og løftede vægte [kilde:Weinberger].

I mellemtiden, medforsvarsentreprenør Lockheed Martin arbejder på et rivaliserende eksoskelet designet til tunge løft, med evnen til at overføre vægten fra tunge belastninger til jorden gennem robotbenene på underkroppen eksoskelet. Virksomheden siger, at eksoskeletet også er i stand til at udføre dybe squats, kravler og løft i overkroppen med minimal menneskelig anstrengelse [kilde:Lockheed Martin].

Disse eksoskeletmaskiner ville også være udstyret med sensorer og GPS -modtagere (Global Positioning System). Soldater kunne bruge denne teknologi til at indhente oplysninger om det terræn, de krydser, og hvordan de navigerer til bestemte steder. DARPA udvikler også edb -stoffer, der kan bruges sammen med eksoskeletoner til at overvåge hjerte- og vejrtrækningshastigheder.

Hvis det amerikanske militær har sin måde, det vil have mylder af supersoldater, der kan hoppe højere, løb hurtigere og løft enorm vægt ved at spænde disse eksoskeletter på dem. Ikke desto mindre, der kan gå mindst et par år, før Iron Man fra det virkelige liv finder sted på en slagmark.

I mellemtiden, drevne eksoskeletter kan også også give en enorm fordel i fredstid, siden teknologien i sidste ende kan gøre det muligt for mennesker med rygmarvsskader eller invaliderende neuromuskulære sygdomme at leve et mere fuldstændigt liv. Berkeley Bionics, for eksempel, tester eLegs, et eksoskelet, der drives af et genopladeligt batteri, som er designet til at gøre det muligt for en handicappet at gå, at rejse sig fra en siddende stilling uden hjælp, og at stå i en længere periode [kilde:Berkeley Bionics].

Masser mere information

relaterede artikler

• Sådan fungerer ASIMO
• Sådan fungerer robothærerne
• Sådan fungerer robotter
• Bliver robotter gift?
• Sådan fungerer politirobotter
• Sådan fungerer Liquid Body Armor
• Hvordan Transparent Aluminium Armor fungerer
• Wild World:Sprængsikker tøjquiz

Flere store links

• Danger Room:Byg din egen Iron Man Powered Rustning
• Scientific American:Real Life Iron Man
• SpringWalker Body Amplifier

Kilder

• Sky, Wallace. "Maskiner, der lader dig bære et ton." Populær videnskab. November 1965. (3. maj, kl. 2011) http://books.google.com/books?id=-yUDAAAAMBAJ&pg=PA70&dq=powered+exoskeleton&hl=da&ei=7IzATZfqBcjVgQeZ3o3nCg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=4&ved=0CDwQuEonwAwon
• Cormier, Åben. "Pentagon søger 'Superman Suit'." Associated Press. 16. februar kl. 1961. (3. maj, kl. 2011) http://news.google.com/newspapers?id=jGQtAAAAIBAJ&sjid=lYkFAAAAIBAJ&pg=2547, 2362974 &dq =mechanic-suit &hl =da
• Guizzo, Erico. "The Body Bots's Rise." IEEE -spektrum. Oktober 2005. (3. maj, kl. 2011) http://spectrum.ieee.org/biomedical/bionics/the-rise-of-the-body-bots
• Kelly, Heather. "Den amerikanske hærs Natick Soldier Center uddeler Lockheed Martin -kontrakt om at udføre HULC ™ brugertest." Lockheed Martin. 14. juli kl. 2010.http://www.lockheedmartin.com/news/press_releases/2010/MFC_071410_USArmyNatickSoldierCenterAwardsHULC.html
• Lande på, Brooks. "Science Fiction efter 1900:Fra dampmanden til stjernerne." Routledge. 2002. (3. maj, kl. 2011) http://books.google.com/books?id=M0Qu9AVGNeAC&pg=PA64&dq=steam+powered+armor+suit&hl=da&ei=qY_ATfbCKpDVgAfLounyBQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=5&ved=0CEwQ&A==w
• Mone, Gregory. "Bygger den rigtige Iron Man." PopSci.com. 9. april kl. 2008. (3. maj, kl. 2011) http://www.popsci.com/scitech/article/2008-04/building-real-iron-man
• "Produkter:ReWalk-generel beskrivelse." Argo Medical Technologies. (3. maj kl. 2011) http://www.argomedtec.com/products.asp
• "Robotdragt HAL." Cyberdyne. (3. maj kl. 2011) http://www.cyberdyne.jp/english/robotsuithal/index.html
• Weinberger, Sharon. "Army Gears Up to Outfit Soldiers in 'Iron Man' Suit." AOL Nyheder. 28. september kl. 2010. (3. maj, kl. 2011) http://www.aolnews.com/2010/09/28/army-gears-up-to-outfit-soldiers-with-iron-man-suit/