Экзоскелет. Супергерои нашего времени

Экзоскелет — это специальное устройство (внешний, искусственный каркас), предназначенное для значительного увеличения силы обычного человека. Как правило, экзоскелет полностью повторяет биомеханику человека — это позволяет добиться равномерного, пропорционального увеличения усилий при любых движениях. Экзокостюмы стали очень популярны благодаря фантастическим фильмам и компьютерным играм: они встречаются в кинолентах «Чужой», «Матрица», «Район №9», «Грань будущего», «Железный человек», «Элизиум», в играх Crysis, Mass Effect и многих других. Востребованность данного элемента в развлекательной продукции легко объяснить, ведь он превращает обычного человека в супергероя за считаные секунды. Любой сможет летать, стрелять и поднимать предметы, во много раз превышающие его собственный вес. И все это — без каких-либо врожденных сверхспособностей.

Впрочем, мало кто из любителей кино и игр знает, что экзоскелеты — это не изобретение умелых сценаристов и гейм-дизайнеров, а реально существующая вещь. Согласно исследованиям, проведенным представителями СМИ, в настоящее время экзоскелеты производятся в Японии и США. Разрабатываются они главным образом для солдат и спасателей. Военное применение таких устройств понятно даже обывателю, далекому от армии: броня, совмещающая в себе защитные качества, огневую мощь,
увеличивающая силу, ловкость и подвижность человека, нужна любому солдату. Спасателя экзоскелет способен защитить от обломков, опять же в несколько раз увеличив его личную силу. Также эти устройства можно применять для помощи пожилым людям и инвалидам: внешний каркас позволит осуществлять привычные действия и сохранить полный объем движений, устранив дискомфорт от отсутствия какой-либо части тела.

Первые попытки создания экзоскелета компания General Electric предприняла еще в 1960-е годы: конструкция, получившая названия Hardiman, весила почти 700 кг, поэтому была совершенно неэффективна. Дальнейшее развитие науки, получение легких и прочных материалов, совершенствование технологий — все это привело к тому, что рабочие примеры экзоскелетов все-таки были построены. Но возникла другая проблема: в современном мире не существует источников энергии, способных обеспечивать все потребности конструкции, поэтому демонстрации существующих моделей проводятся в режиме работы «от сети». Естественно, пока подходящий аккумулятор не будет изобретен, устройство останется фактически бесполезным для человечества.

А вот в играх и кино с экзоскелетами дела обстоят значительно лучше. В этом обзоре мы расскажем про фантастические конструкции и сравним их с теми, что существуют в реальном мире.

ЭКЗОСКЕЛЕТЫ В РЕАЛЬНОЙ ЖИЗНИ: что можно использовать прямо сейчас

ЭКИПИРОВКА WARRIOR WEB

ЭКИПИРОВКА WARRIOR WEB

Одной из важнейших целей разработчиков экзоскелетов является уменьшение физических нагрузок и всевозможное облегчение жизни военных. Программа Warrior Web, созданная управлением перспективных исследовательских программ Пентагона, призвана увеличить выносливость солдат. Специалисты планируют создать максимальнолегкий комплект экипировки, который позволит перераспределить нагрузку при марш-броске с одной стороны, а с другой — защитит человека от ранений.

Главное преимущество Warrior Web заключается в том, что солдат сможет носить его под обычной формой. Данный комплект оборудован электрическими усилителями мышечной силы, которые будут получать энергию от аккумуляторной батареи. Кроме того, предполагается, что Warrior Web будет содержать элементы, способные отследить местоположение солдата, и средства для оказания первой медицинской помощи.

Определенные части костюма будут очень плотно облегать самые слабые и важные места человеческого тела — например, коленный сустав и лодыжку. По мнению разработчиков, это позволит не только равномерно перераспределить нагрузку, но и защитить военнослужащих от травм и растяжений.

Несколько образцов новой экипировки уже были протестированы разработчиками. При этом применялось значительное количество датчиков, считывающих показания о мышечной деятельности, потреблении кислорода и балансе тела испытателя. На основании полученных данных можно было сделать вывод о преимуществах и недостатках различных моделей.

POWERWALK

POWERWALK

Экзоскелет PowerWalk — это специальная разработка канадской фирмы Bionic Power. Как и предыдущий образец, PowerWalk предназначен для увеличения физической силы и выносливости солдата, однако у этой модели есть значительное отличие — при ходьбе устройство вырабатывает электроэнергию.

Вес комплекта составляет всего 770 г — это действительно мелочь по сравнению с тринадцатью килограммами аккумуляторов, которые современный солдат вынужден носить на себе для поддержания работоспособности электроники. Дополнительная нагрузка, возникающая из-за ношения экзоскелета, вырабатывающего электроэнергию, тем не менее, является облегчением жизни для военнослужащих. Стоит отметить, что, например, в процессе спуска с возвышенности или ходьбы по ровной местности интеллектуальная система нагрузки автоматически повышает количество вырабатываемой энергии. Массовый выпуск таких экзоскелетов начнется после завершения полевых испытаний.

X1 — ЭКЗОСКЕЛЕТ ДЛЯ АСТРОНАВТОВ

X1 - ЭКЗОСКЕЛЕТ ДЛЯ АСТРОНАВТОВ

Роботизированный экзоскелет X1 весом в 25 кг создан специалистами НАСА. При этом предполагается, что его смогут использовать не только астронавты в космосе, но и обычные люди с дисфункцией ног. При разработке конструкции X1 использовались некоторые технологии, впервые примененные при создании человекоподобного космического робота Robonaut 2. Использование экзоскелета позволяет облегчить людям выполнение по-настоящему тяжелых операций и манипуляций, а также сохранять возможность передвижения даже при фиксации нижних конечностей.

В космосе X1 может помочь астронавтам передвигаться, не тратя чрезмерно много сил в условиях многократного превышения земной гравитации. Еще одна функция данного экзоскелета — обеспечение нагрузки мышцам для космонавтов, находящихся в невесомости.

Каждая конечность X1 обеспечена десятком подвижных суставов, на четыре из которых установлены электрические двигатели. Это позволяет экзоскелету повторять движения ног человека.

Проведенные предварительные испытания продемонстрировали преимущества X1 по сравнению с другими моделями экзоскелетов Впрочем, и недостатков у конструкции было выявлено достаточно. В настоящее время компания-разработчик трудится над их устранением.

RAYTHEON XOS 2

RAYTHEON XOS 2

Первая модель экзоскелета Raytheon была продемонстрирована публике еще в 2010 году. По сравнению с ней XOS 2, получивший известность благодаря ролику на коллекционном издании DVD «Железный человек 2», является более совершенным — экзоскелет стал прочнее и легче. Впрочем, до костюма Тони Старка ему все равно далеко: ни мини-реактора, ни суперброни в XOS 2 нет. Зато уже сейчас человек, надевший это изобретение, становится более сильным, ловким и получает возможность в одиночку поднимать очень тяжелые грузы. Осталось только оснастить модель оружием — и каждый американский солдат сможет стать «железным человеком».

ЭКЗОСКЕЛЕТ ИЗ ИГРЫ CRYSIS

ЭКЗОСКЕЛЕТ ИЗ ИГРЫ CRYSIS

Силовой экзоскелет (или нанокостюм) в Crysis, по задумке разработчиков игры, создан для усиления физической мощи. Использование нанотехнологий сделало солдат, носящих это изобретение, практически неуязвимыми. У нанокостюма есть четыре режима, которые работают автономно друг от друга и не могут функционировать одновременно. Естественно, даже у такой серьезной разработки есть свое слабое место: использовать экзоскелет в игре можно только тогда, когда на это хватает энергии. При некоторых режимах она расходуется быстрее, при некоторых — медленнее. Кроме того, запас энергии со временем самостоятельно восполняется. Основными режимами нанокостюма являются маскировка, сила, броня и скорость.

По отдельности каждая деталь экзоскелета из Crysis не представляет собой ничего особенного: по
сути, все технологии для создания брони, средств маскировки и тепловизоров уже существуют. Ну а усиливать и ускорять движения человека может любой экзоскелет. Однако проблема реализации такого костюма никуда не исчезла: во-первых, необходимо связать все детали воедино, создав сложную и стабильную систему управления, во-вторых, необходим источник энергии, который обеспечит автономное действие костюма в течение хоть сколь-нибудь продолжительного времени.

Кроме того, нанокостюм из Crysis представляет собой гораздо более совершенную и «продвинутую» разработку, чем обычные экзоскелеты. Его вполне можно назвать «следующим поколением», так как это устройство обладает системой биологической связи, благодаря которой взаимодействие с оператором больше напоминает симбиоз машины и человека.

 

ЭКЗОСКЕЛЕТ ТОНИ СТАРКА из фильма «Железный человек»

ЭКЗОСКЕЛЕТ ТОНИ СТАРКА

Вышедший несколько лет назад на экраны фильм «Железный человек» вызвал восторг не только у девушек, немедленно влюбившихся в Роберта Дауни-младшего, но и у серьезных молодых людей, интересующихся суперсовременными разработками. Вокруг костюма главного героя разгорелось множество споров: например, этично ли предоставлять такие возможности одному человеку и не угрожает ли это всеобщей безопасности? Однако наиболее оживленные дискуссии вызвал самый важный вопрос: могут ли современные технологии позволить стать «вторым Тони Старком»?

Что ж, давайте посмотрим, чем именно вооружен Железный человек в фильме и что из этого доступно обычному смертному. Начнем с самого простого — системы «Джарвис». Дом, управляемый искусственным интеллектом, — что может быть удобнее и приятнее? И если еще двадцать лет назад такая система могла стать реальностью только в самых смелых научно-фантастических-произведениях, то теперь, с развитием беспроводных сетей, систем анализа данных и искусственного интеллекта, «Джарвис» выглядит не такой уж далекой от реальности разработкой. Первые шаги к созданию подобного «помощника» уже сделаны: начали строить «умные дома», в которых все системы жизнеобеспечения и некоторую технику можно контролировать с помощью мобильного устройства. Правда, на сегодняшний день «умный дом» остается доступным только для очень обеспеченных людей: проектирование, строительство и поддержание подобной системы обходится недешево. Но ведь и Тони Старк был отнюдь не бедняком.

Как мы выяснили, отдельные технологии-предвестники «суперспособностей» Железного человека существуют и сейчас. Однако, увы, укомплектовать их в один красивый и прочный костюм еще никому не удалось.

В фильме реактор на основе палладия поддерживает жизнь Тони Старка и запитывает экзокостюм. Что касается реальных разработок, то в 80-х годах прошлого столетия палладий участвовал в экспериментах с холодным ядерным синтезом. Ученые утверждали, что эта технология может позволить генерировать атомную энергию при комнатной температуре. Попытки оказались неудачными. Но в 2008 году японцы заявили, что им удалось провести реакцию холодного синтеза и исследования продолжились.