Приводимый в действие экзоскелет это окончательный брак человека и машины. Своего рода носимый робот, или роботизированное боди, он предназначен для повышения силы и выносливости человеческого организма далеко за пределами его естественных ограничений. Возможно, самыми громкими версиями этой идеи на сегодняшний день были устройства для вспомогательной ходьбы, которые произвели революцию в жизни некоторых парализованных людей, или терапевтические модели, которые с помощью режимов стимуляции восстанавливают функциональность конечностей, поврежденных в результате несчастных случаев или инсультов.
Казалось бы, эта идея имеет очевидную применимость к миру производство тоже. Подъем и маневрирование тяжелыми инструментами и составными частями может быть трудным делом, и не всегда его легко совместить с точной и последовательной работой. Уберите вес, стресс и риск получения травм, и – как и при любых инвестициях в робототехнику – вы, несомненно, получите дивиденды с точки зрения качества и производительности.
Но насколько развито это технология экзоскелета для производственных целей? Как выглядят носимые устройства, которые были разработаны до сих пор? Как ее концепции и дизайны воплощались на заводе–изготовителе — и что любые успехи или неудачи говорят о будущем этой технологии в промышленной среде?
Проблемы, стоящие перед инженер по экзоскелетам наглядно иллюстрируются ранним примером. В течение шести лет в конце 1960-х годов General Electric и Вооруженные силы Соединенных Штатов совместно работали над полным, силовой экзоскелет это позволило бы владельцам поднимать предметы в 25 раз тяжелее, чем те, с которыми они могли бы справиться в противном случае. Устройство, называемое Хардиман, не принес изобретателям ничего, кроме неприятностей.
Это был гигантский двойной снаряд, который весил более полутонны, двигался медленно и мог опрокинуться. Много размышлений и работы ушло на то, чтобы сделать Hardiman безопасным в эксплуатации – чтобы он не прикладывал слишком много усилий, не ломал и не мял все, к чему прикасался, – но в конце концов его сочли слишком непредсказуемым, чтобы выходить за рамки прототипа.
Излишне говорить, что с тех пор технологии прошли долгий путь. Разработка небольших, мощных акселерометров и других датчиков, наряду с достижениями в их скоординированном развертывании (слияние датчиков), помогли повысить точность движений экзоскелета. Это было дополнено параллельным прогрессом в разработке и чувствительности двигатели и приводы которые составляют приводы механических соединений.
Фактически, все оборудование, составляющее силовой экзоскелет, теперь относительно легкое и компактное. Значительно меньшее энергопотребление также означает, что носимые батареи могут использоваться как часть устройства, а не как неудобная привязка всего устройства к источнику питания.
Легкий экзоскелет необходим для комфорта владельца. Углеродное волокно и алюминиевые сплавы были найдены подходящие материалы с высокой прочностью на растяжение. Однако даже самый легкий костюм может показаться неудобным, если носить его в течение длительного периода времени. В конце концов, эти вещи не сшиты по фигуре, в них встроена электроника, и они являются еще одним слоем одежды в и без того теплой среде.
Отсюда и привлекательность мягкая робототехника. Это инженерное направление специализируется на создании роботизированных элементов из гибких материалов, хотя в случае экзоскелетов технология все еще находится на стадии исследований и разработок. Однако биологически приемлемые силовые передачи, которые он предусматривает, вместе с исследованием пневматики, например, в качестве альтернативы электромеханике, обещают новые уровни совместимости с требованиями человеческой формы.
Технология экзоскелетов продолжает стремительно развиваться. И недавняя оценка показывает прогнозируемые годовые темпы роста для роботизированный экзоскелет рынок в течение ближайшего десятилетия составит чуть более 40%.
Это частично основано на ожидаемом уровне поглощения производственным сектором. Однако, взглянув на устройства, недавно разработанные для использования на фабриках и в аналогичных условиях, можно увидеть, что на данном этапе преобладает забота не о полноразмерных костюмах, а о небольших приспособлениях, предназначенных для конкретных видов труда; и не столько о роботизированной мощности, сколько о пассивном перераспределении веса.
Легкие рамы, надеваемые на верхнюю часть туловища и руки, особенно успешно помогают работникам, которым необходимо держать тяжелые инструменты, такие как дрели или гаечные ключи, в приподнятом положении – например, при работе с днищем автомобилей. Подпружиненная секция рычага отводит большую часть удерживаемого веса вниз через раму на землю, благодаря чему сам инструмент ощущает лишь малую часть своего веса без поддержки.
Вариации этой базовой модели лежат в основе обеих технологий левитации’ Корпус планера, который BMW начала тестировать в прошлом году, и ЭксоВест, в настоящее время используется на ряде заводов Ford по всему миру. Ранние отчеты свидетельствуют о большом энтузиазме среди пользователей и снижении числа травм, связанных с работой.
Другие типы пассивный экзоскелет полезными в этой среде оказываются формы центральной поддержки тела, которые уменьшают нагрузку на мышцы спины при наклоне вперед, и так называемое кресло без кресла — гибкий каркас, который фиксируется в сидячем или приседающем положении, снимая нагрузку с пользователя, которому, возможно, придется поддерживать осанку в течение длительного периода..
Одним из примеров недавно хорошо зарекомендовавшей себя спецодежды, оснащенной робототехникой, является Bioservo Железная рука, мягкая перчатка, оснащенная датчиком, подключенная к серводвигатели в рюкзаке, который автоматически увеличивает силу захвата пользователя. Запатентованная технология SEM (soft extra muscle), лежащая в основе устройства, приписывает его разработку как нейронауке, так и механике.
Таким образом, производственная сфера наиболее благоприятно реагирует на те интерпретации технологии экзоскелетов, которые либо в основном не являются роботизированными, либо происходят из развивающегося мира мягкая робототехника. Долговременная износостойкость, простота использования и поддерживающая сила только при плавном, полностью непрерывном движении человека зарекомендовали себя как ключевые критерии того, что работает лучше всего.
Как показывают другие тенденции, такие как голосовые, графические или другие интуитивно понятные пользовательские интерфейсы, естественная связь между человеком и машиной представляется очевидной темой и предварительным условием эффективности на все более автоматизированном рабочем месте.
