Экзоскелет чертежи. В россии разработан экзоскелет кисти человека. Возможности и технические характеристики

Экзоскелетом называется внешний каркас, который позволяет человеку совершать поистине фантастические действия: поднимать тяжести, летать, бегать с огромной скоростью, совершать гигантские прыжки и т.д. И если вы думаете, что такими устройствами обладают только главные герои "Железного человека" или "Аватара", то вы глубоко ошибаетесь. Они доступны человечеству еще с 60-х гг. прошлого века; более того, вы можете узнать, как собрать экзоскелет своими руками! Впрочем, обо всем по порядку.

Экзоскелет: знакомство

Сегодня вы вполне можете приобрести себе экзоскелет - подобную продукцию выпускает Ekso Bionics и Hybrid Assistive Limb (Япония), Indego (США), ReWalk (Израиль). Но только если у вас есть лишние 75-120 тысяч евро. В России же пока производятся только медицинские экзоскелеты. Их проектирует и выпускает компания "Экзоатлет".

Первый экзоскелет своими руками изготовили ученые корпораций General Electric и United States Military еще в шестидесятых годах прошлого века. Он назывался Hardiman и мог свободно поднять в воздух груз, предельно равный 110 кг. Надевший же это устройство человек в процессе испытывал нагрузку, как при поднятии 4,5 кг! Только вот сам Hardiman при этом весил все 680 кг. Оттого он и не пользовался большим спросом.

Все экзоскелеты подразделяются на три типа:

полностью роботизированные;

• для ног.

Современные робокостюмы весят от 5 до 30 и выше кг. Они бывают как активными, так и пассивными (работающими только по команде оператора). По предназначению экзоскелеты делятся на военные, медицинские, промышленные и космические. Рассмотрим самые замечательные из них.

Самые впечатляющие экзоскелеты современности

Собрать такие экзоскелеты своими руками дома в ближайшее время, конечно, не получится, однако познакомиться с ними стоит:

• DM (Dream machine) . Это полностью автоматический гидравлический экзоскелет, который управляется голосом своего оператора. Устройство весит 21 кг и способно выдерживать человека весом до центнера. Пока что используется для реабилитации пациентов, которые не могут ходить вследствие заболеваний ЦНС или иных нейромышечных болезней. Примерная стоимость - 7 млн рублей.
• Ekso GT . Миссия этого экзоскелета та же, что и у предыдущего - он помогает людям с патологиями моторных функций ног. Характеристики схожи с предыдущим, цена - 7,5 млн рублей.
• ReWalk . Призван вновь подарить движение людям с параличом нижних конечностей. Весит устройство 25 кг и способно работать без подзарядки 3 часа. Экзоскелет доступен в Европе и США в сумме, эквивалентной 3,5 млн рублей.
• REX . Сегодня это устройство можно купить и в России за 9 млн рублей. Экзоскелет дарит людям с параличом ног не только самостоятельную ходьбу, но и возможность встать/сесть, повернуться, пойти "лунной походкой", спуститься по лестнице и т.д. REX управляется джойстиком, способен функционировать без подзарядки весь день.
• HAL (Hybrid Assistive Limb) . Существует в двух вариантах - для рук и для рук/ног/торса. Данное изобретение позволяет оператору поднять вес в 5 раз тяжелее предельного для человека. Также применяется для реабилитации парализованных людей. Весит этот экзоскелет всего 12 кг, а его зарядки хватает на 1,0-1,5 ч.

Как сделать экзоскелет своими руками: Джеймс Hacksmith Хобсон

Первым и пока единственным человеком, сумевшим сконструировать экзоскелет во внелабораторных условиях, является канадский инженер Джеймс Хобсон. Изобретатель собрал устройство, которое позволяет ему свободно поднимать в воздух 78-килограммовые шлакоблоки. Работает его экзоскелет на пневмоцилиндрах, которые снабжает энергией компрессор, а управляется устройство при помощи пульта.

Канадец не держит в секрете свое изобретение. Как собрать экзоскелет своими руками по его примеру, вы можете узнать на сайте инженера и на его канале на "Ютуб". Однако учтите, что тяжесть веса, поднимаемого таким экзоскелетом, ложится исключительно на позвоночник оператора.

Экзоскелет своими руками: примерная схема

Подробной инструкции, позволяющей в легкую собрать экзоскелет дома, нет. Однако понятно, что для него будет нужен:

• каркас, отличающийся прочностью и подвижностью;
• гидравлические поршни;
• барокамеры;
• вакуумные насосы;
• источник питания;
• прочные трубки, способные выдержать высокое давление;
• компьютер для управления;
• датчики;
• софт, позволяющий отправлять и преобразовывать сведения с датчиков для нужной работы клапанов.

Как будет примерно работать эта композиция:

1. Один насос должен увеличивать давление в системе, другой - уменьшать.
2. Работа клапанов зависит от давления в барокамерах, повышение/понижение которого и будет управлять системой.
3. Расположение датчиков (против движения конечностей): шесть - руки, четыре - спина, три - ноги, два стопы (всего более 30).
4. Компьютерное обеспечение должно исключить давление на датчики.
5. Сигналы датчиков нужно подразделить на условные (информация с них полезна, если безусловный датчик не "говорит" о испытываемым им давлении) и безусловные. Условность/безусловность этих элементов может определять, например, акселерометр.
6. Руки экзоскелета - трехпалые, отделенные от запястья оператора, - чтобы исключить травмы и придать дополнительную прочность.
7. Источник питания выбирается после сборки и пробной апробации экзоскелета.

Пока что только в сфере реабилитации, уже начинают входить в нашу жизнь. Появляются изобретатели, способные соорудить такое устройство вне лаборатории. Вполне возможно, что в ближайшем будущем любой школьник сможет собрать экзоскелет Сталкера своими руками. Уже можно предсказать, что за такими системами - будущее.

Наука выводит развитие технологий на принципиально новый уровень. Сегодня появляется все больше интересных проектов, которые позволяют управлять техникой при помощи силы мысли. Пока большинство подобных разработок носит медицинский характер, но каждая из них имеет огромный коммерческий потенциал. Одна такая была показана группой швейцарских ученых совсем недавно.

Кто не хотел бы двигать предметы при помощи одной лишь силы мысли? Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) сделали еще один шаг на пути развития подобных технологий. Ими был разработан легкий экзоскелет для руки человека, который в перспективе может оказать значительную помощь людям с ограниченными возможностями. Исключительность разработки заключается в том, что управляется экзоскелет при помощи мозговых импульсов.

Швейцарская разработка состоит из нескольких важных компонентов: мягкого ЭЭГ-шлема с электродами, управляющего блока с мониторами и пяти подключаемых металлических кабелей-сухожилий, которые тянутся вдоль всей руки человека и крепятся к внешней стороне руки, оставляя ладонь свободной. Шлем же нужен для фиксации мозговых импульсов. Управляющий блок фиксируется на груди пациента.

Чтобы закрепить всю эту систему на человеке потребуется всего несколько минут. Сделать без посторонней помощи это пока затруднительно, тем не менее, аппарат уже качественно отличается от своих аналогов. Кроме того, новая разработка смогла выделиться из общей массы похожих устройств еще и тем, что имеет очень малый вес. Экзоскелет поддерживает несколько форм управления, его можно контролировать в том числе и при помощи движения глаз, голосовых команд и даже смартфона.

На данный момент новинку уже успели «обкатать» на пациентах, которые ранее получили тяжелые травмы спинного мозга или перенесли инсульт. Создатели надеются на то, что их разработка сможет помочь людям в реабилитационном процессе, в первую очередь при выполнении привычных домашних дел.

В продолжение темы уже сегодня.

Экзоскелеты помогающие парализованным ходить, делающие тяжёлаю работу лёгкой, защищающие солдат на поле боя и дающие нам суперспособности.

1. Activelink Power Loader

Получивший своё имя в честь знаменитого экзоскелета из фильма «Чужие», Activelink Power Loader разработан, для того, чтобы облегчить тяжелый ручной труд владельца вне зависимости от его возраста, пола и комплекции, и призван «создать общество без ограничений» согласно пресс релизу Activelink, дочерней компании известного японского производителя электроники Panasonic.

2. HAL

HAL (Hybrid Assistive Limb) механический экзоскелет из Японии, разработанный Cyberdine Inc . (да-да, прям как те ребята, из-за которых всё началось в Терминаторе), был создан как прототип в 1997 году, а сейчас используется в японских госпиталях, для помощи тяжелобольным в их повседневной деятельности. Также известно, что HAL использовался японскими строителями и даже спасателями во время ликвидации аварии на Фукусиме-1 в 2011.

3. Ekso Bionics

14. Проект «Walk Again»

Чемпионат мира по футболу 2014 в Бразилии открывал Жулиано Пинто, парализованный ниже пояса, ему было предоставлено право сделать первый удар по мячу Кубка мира. Это стало возможным благодаря экзоскелету, подключенного напрямую к его мозгу, разработанному Университетом Дьюка. Это событие часть проекта «Walk Again», созданного командой из 150 человек во главе с известным неврологом и ведущей фигурой в области мозго-машинных интерфейсов, доктором Мигелем Николелисом. Жулиано Пинто просто думал о том, что хочет пнуть мяч, экзоскелет фиксировал активность мозга и активировал необходимые для движения механизмы.

Фирма «Нейроботикс» из Зеленограда разработала и запускает в производство экзоскелет (внешний протез) кисти человека. Компания вышла на рынок робототехники с собственной продукцией два года назад. И за этот срок создала не только стимулятор кисти, но и другие уникальные изделия, включая биопротезы руки и антропоморфных роботов.

В России создан экзоскелет, которым можно управлять силой мыслиКадр: Youtube/Нейроботикс

Роботерапия по-зеленоградски

Прибор, созданный по заказу Российской академии наук, в розницу стоит полмиллиона рублей. Первый образец уже приобретен Институтом высшей нервной деятельности и нейрофизиологии (ИВНД) РАН. Он призван заменить медикаментозное лечение для некоторых парализованных и частично парализованных пациентов – чей паралич наступил в результате поражения головного мозга.

«Вследствие поражения коры головного мозга человек утрачивает контроль над движением конечностей, – объясняет основатель и руководитель компании "Нейроботикс", врач-биофизик Владимир Конышев . – Чтобы вернуть такой контроль, обычно лечат таблетками. Кому повезет, тот после такой терапии начинает худо-бедно ходить и двигать руками».

Быстрее и эффективнее вылечить таких больных позволяет современное направление медицины, названное «роботерапия». Экзоскелет кисти как раз и есть такой «терапевтический робот». Он состоит из двух частей – кресла с энцефалографом и «перчатки»-экзоскелета. Энцефалограф считывает и транслирует команды головного мозга, и «перчатка» начинает сжиматься и разжиматься, совершать движения, стимулирующие конечность. Он уже прошел испытания на людях.

«Во время испытаний были зафиксированы феноменальные результаты, – говорит Конышев. – Наши партнеры из ИВНД специально предложили проверить прибор на самом тяжелом больном. И вот человек, который получил тяжелую черепно-мозговую травму и полностью утратил возможность двигать левой стороной тела, впервые за восемь лет начал, с помощью нашего аппарата, двигать левой рукой!»

Долгий путь к робототехнике

…Владимир Конышев всегда хотел делать роботов, причем – максимально похожих на человека. Для этого и пошел сначала учиться биофизике и нейрофизиологии, потом – программированию. После распада Союза работал программистом в Японии, потом в США. «Я не хотел делать роботов там по двум причинам, – говорит основатель "Нейроботикс". – Экономическая причина была, конечно, – в развитых странах слишком высокие издержки, поэтому западные партнеры до сих пор не верят, что маленькая фирма может заниматься роботами. Но главное – патриотические соображения. Ведь любая робототехника имеет военную составляющую. Вспомним хотя бы проект Big Dog, «бегающую собаку», – четырехногого робота, созданного Boston Dynamics, чтобы переносить снаряжение и помогать солдатам на территории, где не способен передвигаться обычный транспорт. Я бы не смог работать на вероятного противника нашей страны».

Владимир проработал за границей 11 лет, а потом приехал создавать свое дело в Россию. Но денег хватило только на то, чтобы арендовать и отремонтировать офис. Тогда он занялся продажами научной аппаратуры западного производства, а также созданием приборов для тестирования фармакологических препаратов на животных – мышах и крысах. Когда же появилась серьезная прибыль, то можно было приступать к приборостроению и конструированию роботов.

Конышев стал искать инженеров и программистов, специализирующихся в области робототехники. Тех и других он нашел в стенах Московского государственного технического университета им. Баумана. Необходимых фирме специалистов, имеющих как медицинское, так и биологическое образование, инженеров биотехнологов нашли в Зеленограде (в Московском институте электронной техники) и Ярославском государственном университете. И в 2011 году стартовал новый высокотехнологичный бизнес компании.

Начали же со сборки уникальных приборов из комбинации собственных и западных компонентов. Запросы на такое оборудование постоянно приходят из научных учреждений страны, силовых ведомств, а также частных компаний, специализирующихся в области дистанционной психофизиологии, инженерной эргономики и биуправления.

Это направление работы в компании продолжают успешно развивать. «Вот этот энцефалограф мы комбинируем с другим прибором – устройством для отслеживания направления взгляда, которое выпускает наш партнер в Германии, – показывает прибор глава фирмы. – Нейрофизиологи давно поняли, что ваши биопотенциалы мозга зависят от того, на что вы смотрите. Этот трекер глаз через USB-порт подключается к любому компьютеру. Когда вы находитесь напротив него, он следит за вашим взглядом. Подобных приборов в России не делает больше никто».

Часть специалистов компании работает над созданием беспроводного монитора для спортсменов, «с которым можно будет бегать и он будет передавать данные на компьютер либо записывать». Большую часть прибыли Конышев вкладывает в новые разработки компании.

Говорящие головы врача Конышева

Помимо коммерческих исследовательских и медицинских комплексов, это и совершенствование антропоморфных роботов «Алиса Зеленоградова» (2012 год) и «Алекс Баварский» (2013 год). Внешне «Алиса» похожа на родственницу Владимира, а «Алекс» – на его немецкого партнера. Говорящие силиконовые головы с «натуральными» волосами могут реагировать на выражение лица и поведение собеседника – у них в глазах камеры, а в ушах микрофоны.

«Наша "Алиса" может отвечать на вопросы, – глава "Нейроботикс" рассказывает о роботе с теми же интонациями, с которыми говорит о близком человеке. – Конечно, только на те вопросы, ответы на которые вложены в ее программу, но на нескольких языках. И ребята работают над тем, чтобы сделать поведение более сложным. "Алиса" становится все более совершенной. Вместе с "Алексом Баварским" они сейчас готовятся выступать в робототеатре. Понятно, что это шоу, но полностью автоматизированное шоу. "Алиса" изначально была на колесах – сейчас мы перерабатываем нижнюю часть, чтобы она стала более компактной и мобильной. Будем работать над ногами».

«Алиса» и «Алекс» ни ногами, ни руками пока так и не обзавелись. Но именно работа над конечностями роботов породила и экзоскелет кисти, и пневматическую руку.

Новые разработки

«Внутри сетчатого шлейфа находится резиновая трубка, – объясняет Конышев принцип работы пневмомышцы, используемой в пневмопротезах и экзоскелетах фирмы. - Когда мы подаем туда воздух, пневмомышца сокращается на 25 и более процентов в зависимости от оплетки. Соответственно, при подаче воздуха и пальцы сгибаются. Здесь все сделано нашими специалистами – и пневмомышца, и пальцы, и пневмоостов, и управляющая электроника. Покупаем только пневмоклапаны и компрессор».

В процессе работы выяснилось, что, снимая электромиограмму с остаточной мускулатуры (мускулатуры культи) можно программировать движение пальцев. То есть, прикрепив к культе механическую руку, человек сможет управлять движением ее пальцев. Испытания электромеханической руки тоже прошли успешно – испытатель Сергей Бурлаков из Таганрога, известный спортсмен, у которого ампутированы руки и ноги, смог шевелить пальцами. «Там, правда, еще нужно много чего сделать, – отмечает Владимир. – Культеприемник со встроенным биоусилителем, миниатюрную систему пневмопривода. Мы над этим работаем. Протезирование – это большой рынок, он, конечно, требует серьезных инвестиций. Ведь чтобы сделать производство биопротезов серийным, нужно 150-200 млн рублей».

Но тут же Конышев говорит, что «у кого попало» и «на любых условиях» он деньги брать не будет. Прибыль компании сейчас в среднем 20 млн рублей, оборот – более 80 млн. Ежегодно «в развитие» вкладывается чуть более 16 млн. «На самофинансировании мы сможем еще много чего сделать». Несмотря на перераспределение сил и ресурсов на развитие робототехники, компания не закрыло ни одно из своих денежных направлений: здесь продолжают испытания лекарств на животных, а также программирование и разработку приборов на заказ.

«Мы обязательно сделаем роботам руки и ноги, – обещает на прощание хозяин компании. – А в конце года у нас появится штука, подобная знаменитой Big Dog. Это будет прототип робота "Рысь" – механическая "рысь", бегающая и прыгающая. Надеюсь, наша разработка заинтересует власти, потому что по своим характеристикам наша "рысь" будет лучше американской "собаки"».

Владимир Конышев, врач-биофизик, окончил 2-й Московский государственный медицинский институт (ныне Российский государственный медицинский университет) им. Н. И. Пирогова, 49 лет.

Инвестиции - более 30 млн рублей

Рентабельность – 50%

Окупаемость проекта - около 3 лет. Получать прибыль от создания и продажи роботов компания планирует к началу 2016 года.

Амбиции: «Создать искусственный интеллект».