En exoskelet -kostym visas av den amerikanska armén. amerikanska armén Om du är ett fan av "Iron Man" serietidningar och filmer, du är förmodligen fascinerad av de drivna, flygkapabla rustningsdräkter som den fiktiva industrimannen Tony Stark tar på sig när han går ut för att slåss mot onda. Skulle det inte vara bra att ha en av dem i närheten?
Du kan bli förvånad när du får veta det, någon dag snart, en bara något mindre otrolig version av Iron Mans kostym kan göra det möjligt för amerikanska soldater att springa snabbare, bära tyngre vapen och hoppa över hinder på slagfältet. Och på samma gång, det kommer att skydda dem från effekterna av kulor och bomber. Militären har arbetat med konceptet med det drivna exoskeletet, en teknik som är utformad för att öka människokroppen och dess kapacitet, sedan 1960 -talet. Men de senaste framstegen inom elektronik och materialvetenskap får äntligen denna idé att verka praktisk.
År 2010, försvarsentreprenören Raytheon demonstrerade den experimentella XOS 2 - i huvudsak en bärbar robot som styrs av den mänskliga hjärnan - som kan lyfta två till tre gånger så mycket vikt som en ohjälpad människa, utan ansträngning som krävs av användaren. Ett annat företag, Trek Aerospace, utvecklar Springtail Exoskeleton Flying Vehicle, en exoskelet -ram med en jetpack inbyggd, som kan flyga upp till 112 km i timmen och sväva orörligt tusentals fot över marken, också [källa:Hanlon].
Men andra förutom militären kan dra nytta av advent. Det är möjligt att en dag människor med ryggmärgsskador eller muskelsvinnande sjukdomar kan komma runt lika lätt som fullt funktionshindrade människor gör, tack vare helkroppsenheter-i huvudsak bärbara robotar - som gör att de kan göra vad deras egna muskler och nerver inte kan. Tidiga versioner av sådana drivna exoskeleton, som Argo Medical Technologies $ 150, 000 ReWalk -enhet, finns redan på marknaden [källor:Argo Medical Technologies, Ugwu].
Hur kommer kommande generationer av drivna exoskelet att revolutionera både slagfältet och fredstidens existens? Och, vilka tekniska hinder måste forskare och formgivare övervinna för att göra drivna exoskeleton verkligen praktiska för daglig användning?
Först, låt oss titta på var konceptet kom ifrån, och hur det har utvecklats.
Innehåll
Krigare har haft rustning på sina kroppar sedan antiken, men tanken på en kropp med mekaniska muskler dök upp i science fiction redan 1868, när Edward Sylvester Ellis publicerade en dime roman, "Prairiernas ångman." Boken skildrade en gigantisk humanoidformad ångmaskin som drog sin uppfinnare, den geniala Johnny Brainerd, bakom den i en vagn med hastigheter på 96,5 kilometer i timmen (96,5 kilometer i timmen), medan den jagade bufflar och terroriserade indianer [källa:Landon].
År 1961, två år innan den fiktiva Iron Man skapades av Marvel Comics, Pentagon hade faktiskt bjudit in förslag på verkliga bärbara robotar. En artikel från Associated Press rapporterade om jakten på att utveckla "servosoldaten, "som den beskrev som" en mänsklig tank utrustad med servostyrning och kraftbromsar "som skulle kunna roa snabbare och lyfta tunga föremål, och som skulle vara immun mot bakteriekrigföring, giftgas och till och med värme och strålning från kärnvapensprängningar [källa:Cormier]. I mitten av 1960-talet Cornell University-ingenjören Neil Mizen hade utvecklat ett 15-kilos (15,8 kilogram) bärbart ramexoskelet, kallade "superman kostym" eller "man förstärkare, "som Popular Science -tidningen glatt förutspådde så småningom skulle tillåta en användare att lyfta 1, 000 pund (453,6 kilo) med varje hand. Under tiden, General Electric utvecklade planer för en 18 fot lång (5,5 meter) enhet, "pedipulator, "som skulle bära operatören runt inuti [källa:Cloud].
Dessa begrepp visade sig vara opraktiska, men forskningen fortsatte. På 1980 -talet, forskare vid Los Alamos National Laboratory skapade en design för något som kallas Pitman -dräkten, ett helkroppsdrivet exoskelet för användning av amerikanska arméns infanterister. Men den blev kvar på ritbordet. På 1990 -talet, US Army Research Laboratory på Aberdeen Proving Ground undersökte bygga en kostym som faktiskt liknade Iron Man's, men det projektet kom aldrig någonstans heller [källa:Guizzo].
I åratal, ex-skelettmakare som skulle drivas stymdes av teknikens begränsningar. Datorer var för långsamma och osäkra för att göra den behandling som krävs för att få en kostym att svara på en bärares kommandon eller rörelser. Det fanns ingen energiförsörjning som var tillräckligt bärbar, och ställdon, de elektromekaniska musklerna som skulle röra ett exoskelet, var för svaga och skrymmande för att fungera som en människokropp. Ändå, tanken på en mekaniserad, den bepansrade supersoldaten lockade fortfarande till arméns generaler, och forskare och designers fortsatte att slita på möjligheterna [källa:Guizzo].
I nästa avsnitt, vi kommer att titta på de framsteg de har gjort för att lösa dessa problem och utveckla ett praktiskt drivet exoskelet.
En konstnärs uppfattning om hur framtida soldater kommer att se ut när de bär exoskeletala maskiner. Foto med tillstånd av DARPA På 2000 -talet, jakten på en verklig Iron Man-kostym började äntligen komma någonstans.
Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Pentagons inkubator för exotiska, nyskapande teknologi, kom med finansiering för ett program på 75 miljoner dollar, Exoskeletons for Human Performance Augmentation, att påskynda saker och ting. DARPA:s önskelista för en motoriserad pansardräkt var ganska ambitiös:den ville ha en maskin som skulle låta en soldat släpa hundratals kilo redskap i dagar outtröttligt, hantera stora tunga vapen som normalt kräver två operatörer, och kunna bära andra sårade soldater från fältet på ryggen. Det ville också att maskinen skulle vara osårbar för skottlossning, och att verkligen kunna hoppa, riktigt hög. Vissa forskare avfärdade idén som omöjlig, men andra var villiga att tänka stort [källa:Mone].
Ett företag som heter Sarcos-ledd av robottillverkaren Steve Jacobsen, vars tidigare projekt inkluderade en 80-ton mekaniserad dinosaurie-kom med ett innovativt system där sensorer detekterar sammandragningar av en mänsklig användares muskler och använder dem för att styra en serie ventiler, som i sin tur reglerar flödet av högtryckshydraulvätska till lederna. De mekaniska lederna flyttar sedan cylindrar med kablar anslutna till dem för att simulera senorna som fäster mänsklig muskel. Resultatet var en experimentell prototyp som heter XOS, som såg ut som en hybrid mellan människor och insekter ur en sci-fi-film. År 2005, XOS framstod som den enhet som var närmast militärens vision, och projektet flyttade till utvecklingsstadiet. Sarcos förvärvades så småningom av Raytheon, som fortsatte arbetet [källa:Mone].
Under tiden, andra kläder, som Berkeley Bionics, arbetat med att minska mängden energi som konstgjorda lemmar kräver, så att ett drivet exoskelet kan fungera tillräckligt länge på fältet för att vara praktiskt. En design från mitten av 2000-talet, den mänskliga lastbäraren, enligt uppgift kunde fungera i 20 timmar utan att ladda [källa:Mone].
Nära slutet av decenniet, ett japanskt företag som heter Cyberdyne utvecklade Robot Suit HAL, ett ännu mer genialt koncept. Istället för att förlita sig på en mänsklig operatörs muskelsammandragningar för att flytta lemmarna, HAL införlivade sensorer som tog upp de elektriska meddelanden som skickades av operatörens hjärna. Teoretiskt sett ett exoskelet baserat på HAL-5-konceptet skulle göra det möjligt för en användare att göra vad han eller hon ville utan att flytta en muskel, helt enkelt genom att tänka på det [källa:Cyberdyne].
I nästa avsnitt, vi kommer att titta på den aktuella tekniken inom drivna exoskeleton, och vart tekniken snart kan leda.
År 2010, Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA) exoskeletprojekt hade producerat en del lovande teknik. Network World rapporterar att nuvarande system, som väger cirka 25 kilo kan göra det möjligt för mänskliga operatörer att bära 91 kilo vikt med liten eller ingen ansträngning och dramatiskt mindre trötthet. Dessutom, de senaste exoskeletonerna är tystare än den vanliga kontorsskrivaren, och kan springa i hastigheter på 10 miles i timmen (16 kilometer i timmen) och utföra knäböj och krypningar, förutom att lyfta [källa:Heary]. Raytheon var så övertygad om sina framtidsutsikter att år 2010, den släppte en video med Clark Gregg, en av skådespelarna från filmen "Iron Man", gör berättelsen som en andra generationens exoskelet-karathuggat trä, gjorde armhävningar och lyfte vikter [källa:Weinberger].
Under tiden, medförsvarsentreprenören Lockheed Martin arbetar med ett rivaliserande exoskeleton avsett för tunga lyft, med förmågan att överföra vikten från tunga laster till marken genom robotbenen i underkroppens exoskelet. Företaget säger att exoskeleton också kan utföra djupa knäböj, kryper och lyfter överkroppen med minimal mänsklig ansträngning [källa:Lockheed Martin].
Dessa exoskeletala maskiner skulle också vara utrustade med sensorer och GPS -mottagare (Global Positioning System). Soldater kan använda denna teknik för att få information om terrängen de korsar och hur man navigerar till specifika platser. DARPA utvecklar också datoriserade tyger som kan användas med exoskeletonerna för att övervaka hjärt- och andningshastigheter.
Om den amerikanska militären har sin väg, det kommer att ha massor av supersoldater som kan hoppa högre, springa snabbare och lyft enorm vikt genom att fästa dessa exoskeletoner på dem. Ändå, det kan ta några år åtminstone innan den verkliga Iron Man tar sig in på ett slagfält.
Under tiden, drivna exoskeleton kan också ge en enorm fördel i fredstid också, eftersom tekniken så småningom kan göra det möjligt för personer med ryggmärgsskador eller handikappade neuromuskulära sjukdomar att leva ett fylligare liv. Berkeley Bionics, till exempel, testar eLegs, ett exoskelet som drivs av ett laddningsbart batteri, som är utformad för att göra det möjligt för funktionshindrade att gå, att resa sig från sittande ställning utan hjälp, och att stå under en längre tid [källa:Berkeley Bionics].
