Разработка в США экзоскелетных конструкций для военнослужащихПолковник Б. Калиничев Управление перспективных исследований министерства обороны США (DARPA) в рамках создания новой боевой экипировки ведет разработку экзоскелетных конструкций, предназначенных для многократного повышения физических возможностей военнослужащего. На современном этапе НИОКР в этой области сосредоточены главным образом на поиске возможностей применения микроэлектро- и наномашинных технологий в схеме взаимодействия "человек - машина", в том числе по принципу нейронных связей, на разработке и создании новых конструкционных материалов, а также перспективных источников электропитания и др.
Так, в лаборатории робототехники Калифорнийского университета создан экспериментальный образец экзоскелета нижних конечностей BLEEX (Berkeley Lower Extremity EXoskeleton). Он представляет собой гидромеханическую конструкцию, состоящую из пары металлических опорных манипуляторов, крепящихся с внешней стороны Управление конструкцией осуществляется портативным компьютером через систему датчиков (более 40 единиц) и гидроусилители. Силовой блок представляет собой гидропривод с встроенным генератором, обеспечивающим электропитание всей системы. При проведении испытаний экспериментального образца экзоскелета (масса 45 кг) с полезной нагрузкой массой 32 кг оператор затратил столько же усилий, сколько при передвижении без него с 2-кг грузом. При этом значительного ограничения естественной подвижности оператора не отмечено. В дальнейшем предполагается увеличить мощность малошумного силового блока, а также снизить массу конструкции за счет миниатюризации деталей и сокращения количества комплектующих. Кроме того, на основе увеличения быстродействия системы управления и выбора оптимального состава необходимых элементов рассматриваются различные варианты доработки образца для обеспечения возможности совершать бег и прыжки. В отличие от рассмотренного образца аналогичная гидромеханическая система XOS (Raytheon-SARCOS' xOS exoskeleton) фирмы "Рейтеон Саркос" позволяет оператору перемещаться бегом, совершать прыжки и даже упражняться с боксерской грушей в среднем темпе. Как заявляют разработчики, опытный образец обеспечивает снижение нагрузки при поднятии и переносе тяжестей приблизительно в 10 раз (при подъеме предмета массой около 90 кг оператор в экзоскелете затратил столько же усилий, сколько при подъеме 9 кг без него).
С 2011 года проводятся испытания прототипа экзоскелета XOS-2 второго поколения. Данное устройство имеет более мощный силовой блок, меньшую массу (около 70 кг) и потребляет вдвое меньше электроэнергии, а также обеспечивает возможность передвижения оператора со скоростью более 11 км/ч. Общим существенным недостатком систем XOS является необходимость использования для работы внешнего источника питания. При отключении электроэнергии оператор не способен По результатам демонстрационных испытаний опытных образцов принято решение о производстве установочной партии и начале войсковых испытаний экзоскелета XOS-2. Кроме того, фирма "Рейтеон Саркос" преступила к НИОКР по созданию автономного варианта XOS-3. Наиболее успешным в настоящее время признан проект экзоскелетной конструкции HULC (Human Universal Load Carrier), предназначенной в основном для подъема и переноски различных грузов (например, артиллерийских боеприпасов, узлов, агрегатов, блоков, элементов вооружения и др.). В 2009 году министерство обороны США приняло решение о переводе данной программы, реализуемой совместно фирмами "Беркли бионике", "Файр контрол" и "Локхид-Мартин", в разряд приоритетных. Опытные образцы, представляющие собой выполненную из титана модульную гидромеханическую конструкцию массой около 25 кг, позволяют оператору переносить до 100 кг полезного груза. Литиево-полимерный аккумулятор массой 2 кг обеспечивает движение по пересеченной местности с грузом со скоростью до 5 км/ч в течение 7-8 ч или совершать непродолжительные марш-броски со скоростью около 18 км/ч. Один из вариантов комплектации экзоскелета включает специализированный кронштейн для подвески крупнокалиберного пулемета или тяжелого штурмового бронещита. Вместе с тем существенным его недостатком считается отсутствие силовых манипуляторов для рук. Открепления экзоскелета предусматривают возможность его подгонки под военнослужащих ростом от 162 до 188 см, а также быстрого приведения из походного положения в боевое и обратно (не превышает 1 мин). Для транспортировки комплекта HULC используется специализированная укупорка.
Необходимо отметить, что все опытные образцы экзоскелетных конструкций для нижних конечностей выполнены по схеме с обратной связью и обладают сравнительно большим временем задержки. Это обусловлено прежде всего тем, что формирование управляющего сигнала на исполнительные механизмы экзоскелета осуществляется на основе показаний датчиков, фиксирующих напряжение мышц ног. В настоящее время не найден способ снижения указанного показателя до значений, обеспечивающих использование системы без предварительной подготовки оператора (например, время начальной подготовки военнослужащего в качестве оператора экзоскелета HULC составляет 1,5-2 ч). Для решения этой проблемы в Калифорнийском университете развернуты поисковые исследования в интересах создания экзоскелетной конструкции, управляющие сигналы которой будут формироваться на основе регистрации и анализа нервных импульсов, идущих от мозга к мышцам. Таким образом, исполнительный механизм сможет приводить в движение закрепленный на операторе манипулятор практически одновременно с движением самой конечности. В рамках указанных работ проводятся стендовые испытания экспериментального образца экзоскелета рук. Вместе с тем наиболее перспективным, по оценке американских специалистов, направлением является разработка систем управления роботами и экзоскелетами с помощью мысленных усилий человека. Такая система, в отличие от существующей на основе датчиков и следящих приводов, позволит значительно сократить время реакции исполнительных механизмов. В целом работы в США по созданию экзоскелетных конструкций являются одним из инновационных направлений в рамках военно-технических исследований, включая область технологий двойного назначения. Однако достигнутые к настоящему моменту результаты показывают, что массовое оснащение войск подобными системами в ближней перспективе вряд ли возможно по экономическим и практическим причинам. Западные военные специалисты считают, что НИОКР военно-прикладного значения в этой области продолжатся, а применение экзоскелетов, скорее всего, будет возможно в системе здравоохранения для реабилитации больных с нарушениями опорно-двигательного аппарата, что позволит доработать существующие системы до требований тактико-технического задания с наименьшими финансовыми затратами со стороны министерства обороны. Смотрите также | |||||||
|
| |||||||
| Просмотров: 9676 | | | |||||||
| Всего комментариев: 0 | |