Medio siglo después del inicio del trabajo en el campo de los exoesqueletos, las primeras muestras de este equipo están listas para funcionar en toda regla. Lockheed Martin recientemente se jactó de que su proyecto HULC (Human Universal Load Carrier) no solo ha sido probado en el campo con el Pentágono, sino que está listo para la producción en serie. El exoesqueleto HULC ahora está "respirando en la espalda" por varios proyectos similares de otras compañías. Pero tal abundancia de diseños no siempre fue así.
En realidad, la idea de crear cualquier dispositivo que pudiera ser usado por una persona y mejorar significativamente sus cualidades físicas apareció en la primera mitad del siglo pasado. Sin embargo, hasta cierto momento fue una noción más de los escritores de ciencia ficción. El desarrollo de un sistema prácticamente aplicable no se inició hasta finales de los años cincuenta. General Electric, bajo los auspicios del ejército estadounidense, lanzó un proyecto llamado Hardiman. La tarea técnica fue audaz: se suponía que el exoesqueleto de GE permitiría a una persona operar con cargas que pesaban hasta mil quinientas libras (unos 680 kilogramos). Si el proyecto se completaba con éxito, el exoesqueleto de Hardiman tendría grandes perspectivas. Entonces, los militares tenían la intención de usar nueva tecnología para facilitar el trabajo de los armeros en la fuerza aérea. Además, los científicos nucleares, los constructores y los representantes de muchas otras industrias estaban "en línea". Pero incluso diez años después del inicio del programa, los ingenieros de General Electric no han podido traducir todo lo concebido en metal. Se construyeron varios prototipos, incluido un brazo mecánico funcional. La enorme garra de los Hardymen se accionaba hidráulicamente y podía levantar 750 libras de carga (aproximadamente 340 kg). Sobre la base de un "guante" viable, fue posible crear un segundo. Pero los diseñadores se enfrentaron a otro problema. Las "piernas" mecánicas del exoesqueleto no querían funcionar correctamente. El prototipo de Hardiman con un brazo y dos patas de apoyo pesaba menos de 750 kilogramos, mientras que la capacidad máxima de diseño era menor que su propio peso. Debido a este peso y a las peculiaridades del centrado del exoesqueleto, al levantar la carga, toda la estructura a menudo comenzó a vibrar, lo que provocó varios vuelcos. Con amarga ironía, los autores del proyecto llamaron a este fenómeno “la danza mecánica de San Vito”. No importa cuánto lucharon los diseñadores de General Electric, no lograron hacer frente a la alineación y las vibraciones. A principios de los años 70 se cerró el proyecto Hardiman.
En los años siguientes, el trabajo en la dirección de exoesqueletos quedó inactivo. De vez en cuando, varias organizaciones comenzaron a tratar con ellos, pero casi siempre no se obtuvo el resultado deseado. Al mismo tiempo, el propósito de crear un exoesqueleto no siempre fue su uso militar. En los años 70, empleados del Instituto Tecnológico de Massachusetts, sin mucho éxito, desarrollaron equipos de esta clase, diseñados para la rehabilitación de personas discapacitadas con lesiones del sistema musculoesquelético. Desafortunadamente, en ese momento, los ingenieros también se interpusieron en la sincronización de las distintas partes del traje. Cabe señalar que los exoesqueletos tienen una serie de rasgos característicos que no facilitan un poco su creación. Por lo tanto, una mejora significativa en las capacidades físicas del operador humano requiere una fuente de energía adecuada. Este último, a su vez, aumenta las dimensiones y el peso muerto de todo el aparato. El segundo inconveniente radica en la interacción de la persona y el exoesqueleto. El principio de funcionamiento de dicho equipo es el siguiente: una persona realiza cualquier movimiento con el brazo o la pierna. Los sensores especiales asociados con sus extremidades reciben esta señal y transmiten el comando apropiado a los elementos de actuación: mecanismos hidráulicos o eléctricos. Simultáneamente con la emisión de comandos, estos mismos sensores aseguran que el movimiento de los manipuladores corresponde a los movimientos del operador. Además de sincronizar las amplitudes de los movimientos, los ingenieros se enfrentan al problema de la sincronización. El caso es que cualquier mecánico tiene un tiempo de reacción determinado. Por lo tanto, debe minimizarse con el propósito de una conveniencia suficiente en el uso del exoesqueleto. En el caso de los exoesqueletos pequeños y compactos, que ahora se enfatizan, la sincronización de los movimientos humanos y mecánicos tiene una prioridad especial. Dado que el exoesqueleto compacto no permite un aumento en la superficie de apoyo, etc., las mecánicas que no tienen tiempo para moverse con la persona pueden afectar negativamente el uso. Por ejemplo, un movimiento intempestivo de una "pierna" mecánica puede llevar al hecho de que una persona simplemente pierde el equilibrio y se cae. Y esto está lejos de todos los problemas. Evidentemente, la pierna humana tiene menos grados de libertad que la mano, sin mencionar la mano y los dedos.
La historia más reciente de los exoesqueletos militares comenzó en 2000. Luego, la agencia estadounidense DARPA inició el inicio del programa EHPA (Exoesqueletos para aumentar el rendimiento humano - Exoesqueletos para aumentar el rendimiento humano). El programa EHPA fue parte de un proyecto Land Warrior más grande para crear la apariencia del soldado del futuro. Sin embargo, en 2007, el Land Warrior fue cancelado, pero su parte de exoesqueleto continuó. El objetivo del proyecto EHPA era crear el llamado. un exoesqueleto completo, que incluía amplificadores para brazos y piernas humanos. Al mismo tiempo, no se requirieron armas ni reservas. Los funcionarios a cargo de DARPA y el Pentágono eran muy conscientes de que la situación actual en el campo de los exoesqueletos simplemente no permite dotarlos de funciones adicionales. Por lo tanto, los términos de referencia del programa EHPA implican solo la posibilidad de un transporte a largo plazo por parte de un soldado en un exoesqueleto de una carga que pesa alrededor de 100 kilogramos y un aumento en su velocidad de movimiento.
Sacros y la Universidad de Berkeley (EE. UU.), Así como los japoneses Cyberdyne Systems, expresaron su deseo de participar en el desarrollo de nuevas tecnologías. Han pasado doce años desde el inicio del programa, y durante este tiempo la composición de los participantes ha sufrido algunos cambios. Sacros ahora se ha convertido en parte de la preocupación de Raytheon, y un departamento de la universidad llamado Berkeley Bionics se ha convertido en una división de Lockheed Martin. De una forma u otra, ahora hay tres prototipos de exoesqueletos creados bajo el programa EHPA: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL y Raytheon XOS.
El primero de los exoesqueletos enumerados, HULC, no cumple completamente con los requisitos de DARPA. El hecho es que la construcción de 25 kilogramos contiene solo un sistema de soporte para la espalda y "patas" mecánicas. El soporte manual no está implementado en HULC. Al mismo tiempo, las capacidades físicas del operador HULC aumentan debido al hecho de que a través del sistema de soporte de la espalda, la mayor parte de la carga en los brazos se transfiere a los elementos de fuerza del exoesqueleto y finalmente "va" al suelo. Gracias al sistema aplicado, un soldado puede transportar hasta 90 kilogramos de carga y al mismo tiempo experimentar una carga que cumple con todos los estándares del ejército. El HULC funciona con una batería de iones de litio que dura hasta ocho horas. En modo económico, una persona en un exoesqueleto puede caminar a una velocidad de 4-5 kilómetros por hora. La velocidad máxima posible del HULC es de 17-18 km / h, pero este modo de funcionamiento del sistema reduce significativamente el tiempo de funcionamiento con una carga de batería. En el futuro, Lockheed Martin promete equipar HULC con pilas de combustible, cuya capacidad será suficiente para un día de funcionamiento. Además, en versiones posteriores, los diseñadores prometen manos "robóticas", lo que aumentará significativamente las capacidades del usuario del exoesqueleto.
Raytheon ha presentado hasta ahora dos exoesqueletos algo similares con índices XOS-1 y XOS-2. Se diferencian en los parámetros de peso y tamaño y, como resultado, en una serie de características prácticas. A diferencia del HULC, la familia XOS está equipada con un sistema de alivio de manos. Ambos exoesqueletos pueden levantar entre 80 y 90 kilogramos de su propio peso. Cabe destacar que el diseño de ambos XOS permite instalar varios manipuladores en brazos mecánicos. Cabe señalar que XOS-1 y XOS-2 tienen un consumo de energía significativo hasta ahora. Debido a esto, aún no son autónomos y requieren una fuente de alimentación externa. En consecuencia, la velocidad máxima de viaje y la duración de la batería están fuera de discusión. Pero, según Raytheon, la necesidad de energía por cable no será un obstáculo para el uso de XOS en almacenes o bases militares donde haya una fuente de electricidad adecuada.
La tercera muestra del programa EHPA es Cyberdyne HAL. Hoy, la versión HAL-5 es relevante. Este exoesqueleto es hasta cierto punto una mezcla de los dos primeros. Al igual que el HULC, se puede utilizar de forma independiente: las baterías duran entre 2,5 y 3 horas. Con la familia XOS, el desarrollo de Cyberdyne Systems está unido por la "integridad" del diseño: incluye sistemas de soporte para brazos y piernas. Sin embargo, la capacidad de carga del HAL-5 no supera un par de decenas de kilogramos. La situación es similar con las cualidades de velocidad de este desarrollo. El hecho es que los diseñadores japoneses se han centrado no en el uso militar, sino en la rehabilitación de personas discapacitadas. Obviamente, estos usuarios simplemente no necesitan alta velocidad o capacidad de carga. En consecuencia, si el ejército está interesado en HAL-5 en su estado actual, será posible hacer un nuevo exoesqueleto sobre su base, afilado para uso militar.
De todas las opciones para exoesqueletos prometedores presentados a la competencia EHPA, hasta ahora solo HULC ha alcanzado las pruebas en conjunto con el ejército. Algunas características de otros proyectos aún no permiten iniciar sus pruebas de campo. En septiembre, se enviarán varios kits de HULC en partes para estudiar las características del exoesqueleto en condiciones reales. Si todo va bien, la producción a gran escala comenzará en 2014-15.
Mientras tanto, los científicos y diseñadores tendrán mejores conceptos y diseños. La innovación más esperada en el campo de los exoesqueletos son los guantes robóticos. Los manipuladores existentes aún no son muy convenientes para usar herramientas y objetos similares destinados a uso manual. Además, la creación de tales guantes está asociada a una serie de dificultades. En general son similares a los de otros conjuntos de exoesqueletos, pero en este caso los problemas de sincronización se ven agravados por una gran cantidad de elementos mecánicos, características del movimiento de la mano humana, etc. El siguiente paso en el desarrollo de exoesqueletos será la creación de una interfaz neuroelectrónica. Ahora el movimiento de la mecánica está controlado por sensores y servoaccionamientos. Más conveniente para ingenieros y científicos es el uso de un sistema de control con electrodos que eliminan los impulsos nerviosos humanos. Entre otras cosas, dicho sistema reducirá el tiempo de reacción de los mecanismos y, como resultado, aumentará la eficiencia de todo el exoesqueleto.
Con respecto a la aplicación práctica, durante el último medio siglo, las opiniones al respecto apenas han cambiado. Los militares todavía se consideran los principales usuarios de sistemas prometedores. Pueden usar exoesqueletos para operaciones de carga y descarga, preparación de municiones y, además, en una situación de combate, para mejorar las capacidades de los combatientes. Cabe señalar que la capacidad de carga de los exoesqueletos será útil no solo para los militares. El uso generalizado de tecnología que permite a una persona aumentar significativamente sus capacidades físicas puede cambiar el aspecto de toda la logística y el transporte de carga. Por ejemplo, el tiempo de carga de un semirremolque de carga en ausencia de montacargas disminuirá en decenas de por ciento, lo que aumentará la eficiencia de todo el sistema de transporte. Finalmente, los exoesqueletos controlados por nervios ayudarán a las personas discapacitadas a apoyar a las personas para que vuelvan a tener una vida plena. Además, hay grandes esperanzas puestas en la interfaz neuroelectrónica: en caso de lesiones espinales, etc. En las lesiones, es posible que las señales del cerebro no lleguen a un área específica del cuerpo. Si los “interceptamos” en el área dañada del nervio y los enviamos al sistema de control del exoesqueleto, entonces la persona ya no estará confinada a una silla de ruedas o cama. Por lo tanto, los desarrollos militares pueden mejorar una vez más la vida no solo de los militares. Solo por ahora, haciendo grandes planes, debe recordar la operación de prueba del exoesqueleto Lockheed Martin HULC, que comenzará solo en el otoño. Con base en sus resultados, será posible juzgar tanto las perspectivas de toda la industria como el interés en ella de los usuarios potenciales.
