Exoesquelets
Tot i que darrerament s'ha sentit més a parlar dels exoesquelets, resulta que la història d'aquest invent es remunta al segle XIX. Descobriu com ha canviat al llarg de les dècades i com van ser els punts d'inflexió en la seva evolució.
1. Il·lustració de la patent de Nikolai Yagn
1890 – Les primeres idees innovadores per crear un exoesquelet es remunten al segle XIX. El 1890, Nicholas Yagn va patentar als Estats Units (patent núm. 420179 A) "Un dispositiu per facilitar caminar, córrer i saltar" (1). Era una armadura de fusta, la finalitat de la qual era augmentar la velocitat d'un guerrer durant una marxa de molts quilòmetres. El disseny es va convertir en una font d'inspiració per a una recerca posterior de la solució òptima.
1961 - Als anys 60, General Electric, juntament amb un grup de científics de la Universitat de Comell, va començar a treballar en la creació d'un vestit electrohidràulic que suporti l'exercici humà. La col·laboració amb l'exèrcit en el projecte Man Augmentation va portar al desenvolupament de l'Hardiman (2). L'objectiu del projecte era crear un vestit que imitis els moviments naturals d'una persona, que li permetés aixecar objectes de gairebé 700 kg de pes. El propi vestit pesava el mateix, però el pes tangible era de només 20 kg.
2. Prototip d'intercanviador de calor General Electric
Malgrat l'èxit del projecte, va resultar que la seva utilitat era insignificant i les còpies inicials serien cares. Les seves opcions de mobilitat limitada i el complex sistema d'alimentació van fer que aquests dispositius fossin inutilitzables. Durant les proves, va resultar que Hardiman només pot aixecar 350 kg i, amb un ús prolongat, tendeix a moviments perillosos i descoordinats. A partir del desenvolupament posterior del prototip, només es va abandonar un braç: el dispositiu pesava uns 250 kg, però era tan poc pràctic com l'exoesquelet anterior.
Anys seixanta. "A causa de la seva mida, pes, inestabilitat i problemes de potència, l'Hardiman mai va entrar en producció, però l'industrial Man-Mate va utilitzar una mica de tecnologia dels anys 60. Els drets de la tecnologia van ser comprats per Western Space and Marine, fundada per un dels enginyers de GE. El producte s'ha desenvolupat més i avui existeix en forma d'un gran braç robòtic que pot aixecar fins a 4500 kg mitjançant la retroalimentació de força, el que el fa ideal per a la indústria siderúrgica.
3. Exoesquelets construïts a l'Institut Mihailo Pupin de Sèrbia.
1972 – Els primers exoesquelets actius i robots humanoides van ser desenvolupats a l'Institut Mihailo Pupin de Sèrbia per un grup dirigit pel prof. Miomir Vukobratovich. En primer lloc, s'han desenvolupat sistemes de moviment de cames per donar suport a la rehabilitació de persones que pateixen paraplegia (3). En desenvolupar exoesquelets actius, l'institut també va desenvolupar mètodes per analitzar i controlar la marxa humana. Alguns d'aquests avenços han contribuït al desenvolupament dels robots humanoides d'alt rendiment actuals. El 1972, es va provar un exoesquelet pneumàtic actiu amb programació electrònica per a la paràlisi de les extremitats inferiors en una clínica ortopèdica de Belgrad.
1985 "Un enginyer del Laboratori Nacional de Los Alamos està construint un exoesquelet anomenat Pitman, una armadura de poder per a infants. El control del dispositiu es basava en sensors que escanegen la superfície del crani, col·locats en un casc especial. Donades les capacitats de la tecnologia de l'època, era un disseny massa complex per fabricar-lo. La limitació era principalment la insuficient potència de càlcul dels ordinadors. A més, processar senyals cerebrals i convertir-los en moviments de l'exoesquelet era tècnicament pràcticament impossible en aquell moment.
4. Vestit de vida d'exoesquelet, dissenyat per Monty Reed.
1986 — Monty Reed, soldat de l'exèrcit nord-americà que es va fracturar la columna vertebral mentre feia paracaigudisme, desenvolupa un exoesquelet de vestit de supervivència (4). Es va inspirar en les descripcions dels vestits d'infanteria mòbils a la novel·la de ciència ficció de Robert Heinlein Starship Troopers, que va llegir mentre es recuperava a l'hospital. Tanmateix, Reed no va començar a treballar en el seu dispositiu fins al 2001. El 2005, va provar un prototip de vestit de rescat 4,8 a la cursa del dia de Sant Patrici a Seattle, Washington. El desenvolupador afirma haver establert un rècord de velocitat de marxa amb vestits de robot, trencant 4 quilòmetres a una velocitat mitjana de 14 km/h. El prototip Lifesuit 1,6 va poder recórrer 92 km completament carregat i va permetre aixecar XNUMX kg.
1990-actualitat - El primer prototip de l'exoesquelet HAL va ser proposat per Yoshiyuki Sankai (5), prof. Universitat de Tsukuba. Sankai va passar tres anys -del 1990 al 1993- identificant les neurones que controlen el moviment de les cames. Ell i el seu equip van trigar quatre anys més a prototipar l'equip. El tercer prototip HAL, desenvolupat a principis del segle XXII, estava connectat a un ordinador. La bateria en si pesava gairebé 22 kg, cosa que la feia molt poc pràctica. En canvi, el model posterior HAL-5 només pesava 10 kg, amb la bateria i l'ordinador de control embolicats al voltant de la cintura de l'usuari. Actualment, HAL-5 és un exoesquelet mèdic de quatre extremitats (tot i que també està disponible una versió només per a les extremitats inferiors) fabricat per l'empresa japonesa Cyberdyne Inc. en col·laboració amb la Universitat de Tsukuba.
5. El professor Yoshiyuki Sankai presenta un dels models d'exoesquelet.
Funciona aproximadament 2 hores 40 minuts tant a l'interior com a l'exterior. Ajuda a aixecar objectes pesats. La ubicació dels controls i la conducció en contenidors dins de la caixa va permetre desfer-se de la "motxilla" tan característica de la majoria d'exoesquelets, de vegades semblant a un gran insecte. Les persones amb hipertensió, osteoporosi i qualsevol malaltia cardíaca han de consultar un metge abans d'utilitzar HAL, i les contraindicacions inclouen, entre d'altres, un marcapassos i l'embaràs. Dins del programa HAL FIT, el fabricant ofereix la possibilitat d'utilitzar sessions de tractament amb exoesquelet tant per a persones malaltes com per a persones sanes. El dissenyador de HAL afirma que les properes etapes de l'actualització se centraran a crear un vestit prim que permeti a l'usuari moure's lliurement i fins i tot córrer.
2000 - prof. Homayoun Kazeruni i el seu equip d'Ekso Bionics estan desenvolupant un Universal Human Cargo Carrier, o HULC (6) és un exoesquelet sense fil amb accionament hidràulic. El seu propòsit és ajudar els soldats combatents a portar càrregues de fins a 90 kg durant molt de temps, amb una velocitat màxima de 16 km/h. El sistema es va donar a conèixer al públic a l'AUSA Winter Symposium el 26 de febrer de 2009, quan es va arribar a un acord de llicència amb Lockheed Martin. El material dominant utilitzat en aquest disseny és el titani, un material lleuger però relativament car amb propietats mecàniques i de resistència elevades.
L'exoesquelet està equipat amb ventoses que permeten transportar objectes de fins a 68 kg de pes (dispositiu d'elevació). L'alimentació es subministra a partir de quatre bateries de polímer de liti, que asseguren el funcionament normal del dispositiu amb una càrrega òptima fins a 20 hores. L'exoesquelet es va provar en diverses condicions de combat i amb diverses càrregues. Després d'una sèrie d'experiments amb èxit a la tardor del 2012, va ser enviat a l'Afganistan, on va ser provat durant un conflicte armat. Malgrat moltes crítiques positives, el projecte es va suspendre. Com va resultar, el disseny va dificultar la realització de determinats moviments i de fet augmentava la càrrega sobre els músculs, cosa que contradeia la idea general de la seva creació.
2001 – El projecte Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX), originalment destinat principalment a l'exèrcit, està en marxa. En el seu marc, s'han aconseguit resultats prometedors en forma de solucions autònomes d'importància pràctica. En primer lloc, es va crear un dispositiu robòtic, enganxat a la part inferior del cos per donar força a les cames. L'equip va ser finançat per la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) i desenvolupat pel Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory, una divisió del Departament d'Enginyeria Mecànica de la Universitat de Califòrnia, Berkeley. El sistema d'exoesquelet de Berkeley ofereix als soldats la capacitat de transportar grans càrregues amb un esforç mínim i sobre qualsevol tipus de terreny, com ara menjar, equips de rescat, kits de primers auxilis, comunicacions i armes. A més de les aplicacions militars, BLEEX està desenvolupant actualment projectes civils. El Laboratori de Robòtica i Enginyeria Humana està investigant actualment les solucions següents: ExoHiker - un exoesquelet dissenyat principalment per als membres de l'expedició on cal transportar equipament pesat, ExoClimber - equips per a persones que pugen alts turons, Medical Exoskeleton - un exoesquelet per a persones amb discapacitat. capacitats físiques. trastorns de la mobilitat de les extremitats inferiors.
8. Prototip de Sarcos XOS 2 en acció
текст
2010 – Apareix XOS 2 (8) és una continuació de l'exoesquelet XOS de Sarcos. En primer lloc, el nou disseny s'ha tornat més lleuger i més fiable, permetent aixecar càrregues de fins a 90 kg en estàtica. El dispositiu s'assembla a un cyborg. El control es basa en trenta actuadors que actuen com a articulacions artificials. L'exoesquelet conté diversos sensors que transmeten senyals als actuadors mitjançant un ordinador. D'aquesta manera, es produeix un funcionament suau i continu, i l'usuari no sent cap esforç important. El pes XOS és de 68 kg.
2011-actualitat - La Food and Drug Administration (FDA) dels EUA aprova l'exoesquelet mèdic ReWalk (9). Es tracta d'un sistema que utilitza elements de força per enfortir les cames i permet a les persones amb paràlisi posar-se dretes, caminar i pujar escales. L'energia la proporciona una bateria de motxilla. El control es realitza mitjançant un senzill comandament a distància de mà que detecta i corregeix els moviments de l'usuari. Tot el va ser dissenyat per Amit Goffer d'Israel i ReWalk Robotics Ltd (originalment Argo Medical Technologies) ho ven per uns 85 PLN. dòlars.
9 persones caminen en exoesquelets ReWalk
En el moment del llançament, l'equip estava disponible en dues versions: ReWalk I i ReWalk P. La primera l'utilitzen les institucions mèdiques amb finalitats d'investigació o terapèutiques sota la supervisió d'un professional mèdic. ReWalk P està pensat per a l'ús personal dels pacients a casa o en zones públiques. El gener de 2013, es va publicar una versió actualitzada de ReWalk Rehabilitation 2.0. Això va millorar l'ajust per a persones més altes i va millorar el programari de control. ReWalk requereix que l'usuari faci servir crosses. Les malalties cardiovasculars i la fragilitat òssia s'esmenten com a contraindicacions. La limitació també és el creixement, a 1,6-1,9 m, i el pes corporal de fins a 100 kg. Aquest és l'únic exoesquelet on es pot conduir un cotxe.
10. Ex Bionics eLEGS
2012 Ekso Bionics, abans coneguda com a Berkeley Bionics, presenta el seu exoesquelet mèdic. El projecte va començar dos anys abans amb el nom eLEGS (10), i estava destinat a la rehabilitació de persones amb diferents graus de paràlisi. Igual que ReWalk, la construcció requereix l'ús de crosses. La bateria proporciona energia durant almenys sis hores d'ús. El conjunt Exo costa uns 100 mil. dòlars. A Polònia, es coneix el projecte de l'exoesquelet Ekso GT, un dispositiu mèdic dissenyat per treballar amb pacients neurològics. El seu disseny permet caminar, incloent persones després d'ictus, lesions medul·lars, pacients amb esclerosi múltiple o síndrome de Guillain-Barré. L'equip pot funcionar de diferents maneres, depenent del grau de disfunció del pacient.
2013 – Mindwalker, un projecte d'exosquelet controlat per la ment, rep finançament de la Unió Europea. El disseny és fruit d'una col·laboració entre científics de la Universitat Lliure de Brussel·les i la Fundació Santa Lucia a Itàlia. Els investigadors van provar diferents maneres de controlar el dispositiu: creuen que la interfície cervell-neuro-ordinador (BNCI) funciona millor, cosa que us permet controlar-la amb pensaments. Els senyals passen entre el cervell i l'ordinador, passant per la medul·la espinal. Mindwalker converteix els senyals EMG, és a dir, petits potencials (anomenats miopotencials) que apareixen a la superfície de la pell d'una persona quan els músculs estan treballant, en ordres de moviment electrònic. L'exoesquelet és bastant lleuger, només pesa 30 kg sense piles. Suportarà un adult de fins a 100 kg de pes.
2016 – La Universitat Tècnica ETH de Zuric, Suïssa, acull la primera competició esportiva de Cibatló per a persones amb discapacitat que utilitzen robots d'assistència. Una de les disciplines va ser la cursa d'exoesquelet en una pista d'obstacles per a persones amb paràlisi de les extremitats inferiors. En aquesta demostració d'habilitats i tecnologia, els usuaris d'exoesquelet havien de realitzar tasques com asseure's en un sofà i aixecar-se, caminar per pendents, trepitjar roques (com quan travessen un riu de muntanya poc profund) i pujar escales. Va resultar que ningú era capaç de dominar tots els exercicis, i els equips més ràpids van necessitar més de 50 minuts per completar la cursa d'obstacles de 8 metres. El proper esdeveniment tindrà lloc el 2020 com a indicador del desenvolupament de la tecnologia de l'exoesquelet.
2019 – Durant les demostracions d'estiu al Commando Training Center de Lympston, Regne Unit, Richard Browning, inventor i CEO de Gravity Industries, va mostrar el seu vestit d'exoesquelet Daedalus Mark 1, que va causar una gran impressió als militars, i no només als britànics. Sis petits motors a reacció -dos d'ells estan instal·lats a la part posterior i dos en forma de parells addicionals a cada braç- permeten pujar a una alçada de fins a 600 m. Fins ara, només hi ha prou combustible per a 10 minuts de vol...
