Экзоскелеты давно уже перешли из фантастических фильмов в реальность и позволяют в разы увеличить силу и скорость человеческого тела.
Именно такой костюм создал студент факультета систем управления и робототехники Университета ИТМО Алексей Ледюков. О своем изобретении он рассказал АиФ-Петербург.
Гаражный стартап
Ольга Сальникова, АиФ-Петербург: Многие успешные корпорации (Amazon, Google, Microsoft, Disney и др.) начинали свою деятельность в маленьких гаражах. Ваш экзоскелет тоже можно назвать «гаражным стартапом»?
Алексей Ледюков: Свой первый экзоскелет я действительно сделал в гараже, когда еще учился в 8-м классе. Я тогда уже увлекался робототехникой и собирал различные механизмы. Но одно дело собрать механизм и просто смотреть, как он функционирует, другое – придумать конструкцию, которую можно надеть на себя и увеличить мощность и выносливость. Последний вариант меня заинтересовал больше. Первую модель мы собрали с дедушкой (он электрик по профессии) из подручных материалов, которые в большом количестве были в нашем гараже. Использовали даже дверные петли. Сначала создали бумажный макет, а потом воплотили его в железе.
Выглядел наш первый «Франкенштейн» жутковато и был весь покрыт сварочными швами. Но он мог двигать руками и поднимать вес до 20 кг. Правда, довольно быстро выяснилось, что экзоскелету не хватает жесткости, так как каркас состоял из проволоки. Мы учли эту ошибку и вторую более серьезную модель сделали из металлических профилей. У нее уже были активными не только руки, но и ноги, однако вес костюма достигал 100 кг. Поступив в ИТМО, я вновь усовершенствовал технологию и собрал еще несколько моделей экзокостюмов – на этот раз в лаборатории и с помощью команды других разработчиков. Сейчас мы работаем над пятой по счету моделью.
– В чем ее преимущество? И как вообще функционирует экзокостюм?
– Костюм работает за счет энергии сжатого воздуха, который поступает из двух баллонов. Управление конечностями происходит за счет резистивных датчиков давления, расположенных вплотную к телу человека. Когда облаченный в костюм оператор поднимает руку или ногу – датчики срабатывают, открывается клапан и воздух под давлением подается в поршни, которые как раз и поднимают груз. Человек чувствует только небольшое давление, позволяющее толкать руку или ногу костюма, но веса поднимаемого объекта не ощущает. Таким образом можно поднять до 80 кг. Более того, эта модель отличается большей подвижностью и меньшим весом (около 40 кг).
– Вы сами надевали и испытывали экзокостюм?
– Надевал и поднимал человека весом 60 кг. Было ощущение небольшого сопротивления от руки костюма, сам груз почти не чувствуется и мышцы не напрягаются.
Совместить человека и робота
– Правда ли, что вашим экзокостюмом уже заинтересовались в МЧС?
– В МЧС знают о нашей разработке и предложили протестировать экзоскелет на своем испытательном полигоне. Экзокостюм действительно может сильно облегчить работу спасателей, например, при разборе завалов после обрушения зданий. В Германии был разработан ходовой прототип такого костюма для спасателей, но дальше прототипа проект не продвинулся. Кроме того, экзоскелет используют в промышленности (позволяет поднимать тяжелые грузы) и для боевой экипировки военных (увеличивает выносливость и скорость передвижения). Также в нашей лаборатории мы разрабатываем экзоскелеты и для гражданских нужд – например, длительных походов и даже игровой индустрии.
– Вы не упоминаете медицину, где экзоскелеты активно используют для реабилитации пациентов…
– Существующие медицинские экзокостюмы уже выполняют свои функции. Сейчас в основном в них оттачивают управление и стараются снизить стоимость самого устройства. Мне же больше интересно дальнейшее усовершенствование кинематики костюма – сделать его более подвижным и выносливым, что в медицине не нужно. И если говорить про активные экзоскелеты, которые используются для военных и промышленных нужд, то они как раз немного застряли в прошлом в плане кинематики. Например, человек не может совершать в них быстрых и резких движений. Спина почти у всех костюмов зафиксирована, что тоже сильно снижает маневренность человека. Здесь есть над чем работать. Что касается нашего изобретения, то сейчас мы также работаем над устранением некоторых недостатков. В частности, когда датчики считывают сигнал с тела человека, происходит некоторая задержка – костюм не успевает отреагировать и начать движение моментально. Это снижает скорость. Поэтому мы пытаемся не просто считывать движения, а их предсказывать.
– Во сколько оценивается стоимость экзокостюма?
– Экзокостюмы – это очень дорогое оборудование во всем мире. Стоимость нашего изобретения в полной комплекции может достигать 1,5-2 миллиона рублей. Но цена на такие устройства будет постепенно снижаться за счет использования новых технологий и материалов, а сами экзоскелеты совершенствоваться. Это позволит значительно «апгрейдить» человеческое тело и увеличить его силу в несколько раз.
– А почему не делегировать тот же перенос грузов роботам? Например, роботы Boston Dynamics отлично работают на складах и в логистических центрах.
– То, что показывает Boston Dynamics в своих знаменитых видеороликах, это очень классно. Но сколько дублей на это уходит? Сами создатели признавались, что из тысячи получается один. Искусственный интеллект еще не способен полностью заменить людей ни в армии, ни в больнице, ни даже на складе. Процесс в итоге все равно должен контролировать человек, а экзоскелет может его наделить функциями робота.
Справка
Экзоскелеты бывают активными и пассивными. Активные оснащены источником энергии (электрическим, пневматическим или гидравлическим) и способны многократно увеличить силу и выносливость оператора. Такие экзокостюмы применяют в промышленности, армии и спорте. Пассивные экзоскелеты не требуют источника энергии и основаны на базовых законах механики. Они перераспределяют нагрузку на части тела, но физической силы не добавляют. Такие экзоскелеты используют в медицине. Например, несколько лет назад в России была проведена первая операция, во время которой хирург был облачен в экзокостюм. Он помог медику разгрузить мышцы спины, ног и рук и не чувствовать сильной усталости на протяжении 12 часов.
Это интересно!
Санкт-Петербург является родиной экзоскелетов. Первый в мире экзоскелет, эластипед, придумал в конце XIX века российский изобретатель-самоучка Николай Ягн, выходец из семьи чешских немцев, обосновавшихся в России. Живя в Петербурге, он изобрел аппарат для облегчения ходьбы и бега. Конструкция представляла собой систему закрепляемых на теле человека пружин, которые усиливали движения ног при ходьбе или прыжках. Ягн неоднократно совершенствовал свое изобретение.
В Петербурге гений прожил 25 лет и стал заметной фигурой в инженерных кругах. Хотя официального образования он так и не получил и все инженерные познания приобрел за счет самообразования. Скончался Янг в 1905 году в Павловске.
