Pol storočia po začiatku prác v oblasti exoskeletov sú prvé vzorky tohto zariadenia pripravené na plnohodnotnú prácu. Spoločnosť Lockheed Martin sa nedávno pochválila, že jej projekt HULC (Human Universal Load Carrier) nebol v teréne testovaný len s Pentagonom, ale je pripravený aj na sériovú výrobu. Exoskelet HULC teraz „dýcha do úzadia“niekoľkými podobnými projektmi iných spoločností. Také množstvo návrhov však nebolo vždy.
Myšlienka vytvoriť akékoľvek zariadenie, ktoré by človek mohol nosiť a výrazne zlepšiť jeho fyzické vlastnosti, sa skutočne objavilo v prvej polovici minulého storočia. Do určitej doby to však bol len ďalší pojem spisovateľov sci -fi. Vývoj prakticky použiteľného systému sa začal až na samom konci päťdesiatych rokov. General Electric pod záštitou americkej armády spustila projekt s názvom Hardiman. Technická úloha bola odvážna: exoskelet od spoločnosti GE mal umožniť osobe operovať s bremenami s hmotnosťou až jeden a pol tisíc libier (asi 680 kilogramov). Ak by bol projekt úspešne dokončený, exoskeleton Hardiman by mal veľké vyhliadky. Armáda mala teda v úmysle použiť novú technológiu na uľahčenie práce strelcov v letectve. Okrem toho boli „v rade“aj jadroví vedci, stavitelia a zástupcovia mnohých ďalších odvetví. Ale ani desať rokov po začiatku programu neboli inžinieri spoločnosti General Electric schopní preložiť všetko, čo bolo koncipované do kovu. Postavených bolo niekoľko prototypov vrátane fungujúceho mechanického ramena. Obrovský pazúr Hardymenovcov bol poháňaný hydraulicky a dokázal zdvihnúť 750 libier nákladu (približne 340 kg). Na základe jednej funkčnej „rukavice“bolo možné vytvoriť druhú. Dizajnéri však čelili ďalšiemu problému. Mechanické „nohy“exoskeletu nechceli správne fungovať. Prototyp Hardiman s jedným ramenom a dvoma podpornými nohami vážil menej ako 750 kilogramov, pričom maximálna konštrukčná kapacita bola nižšia ako jeho vlastná hmotnosť. Vďaka tejto hmotnosti a zvláštnostiam centrovania exoskeletu pri zdvíhaní bremena často začala celá konštrukcia vibrovať, čo viedlo k niekoľkonásobnému prevráteniu. S trpkou iróniou nazvali autori projektu tento fenomén „mechanický tanec svätého Víta“. Bez ohľadu na to, ako tvrdo bojovali konštruktéri spoločnosti General Electric, nedokázali sa vyrovnať so zarovnaním a vibráciami. Na začiatku 70. rokov bol projekt Hardiman uzavretý.
V nasledujúcich rokoch boli práce v smere exoskeletov neaktívne. Čas od času sa nimi začali zaoberať rôzne organizácie, ale takmer vždy sa požadovaný výsledok nedostavil. Účelom vytvorenia exoskeletu nebolo vždy jeho vojenské použitie. V 70. rokoch zamestnanci Massachusettského technologického inštitútu bez veľkého úspechu vyvinuli zariadenie tejto triedy určené na rehabilitáciu zdravotne postihnutých ľudí s poraneniami pohybového aparátu. V tej dobe bohužiaľ inžinieri taktiež prekážali synchronizácii rôznych častí obleku. Treba poznamenať, že exoskeletony majú množstvo charakteristických vlastností, ktoré ich tvorbu trochu neuľahčujú. Významné zlepšenie fyzických schopností ľudského operátora si preto vyžaduje vhodný zdroj energie. Ten naopak zvyšuje rozmery a vlastnú hmotnosť celého zariadenia. Druhý zádrhel spočíva v interakcii osoby a exoskeletu. Princíp činnosti takéhoto zariadenia je nasledujúci: človek robí akýkoľvek pohyb rukou alebo nohou. Špeciálne snímače spojené s jeho končatinami prijímajú tento signál a prenášajú príslušný príkaz na ovládacie prvky - hydraulické alebo elektrické mechanizmy. Tieto simultánne senzory súčasne s vydávaním príkazov zaisťujú, aby pohyb manipulátorov zodpovedal pohybom operátora. Okrem synchronizácie amplitúd pohybov sa inžinieri stretávajú aj s otázkou načasovania. Ide o to, že každý mechanik má určitý reakčný čas. Preto by sa mala minimalizovať, aby sa zaistilo dostatočné pohodlie pri používaní exoskeletu. V prípade malých, kompaktných exoskeletov, na ktoré sa teraz kladie dôraz, má synchronizácia ľudských a strojových pohybov osobitnú prioritu. Pretože kompaktný exoskelet neumožňuje zväčšenie nosnej plochy atď., Mechanika, ktorá nemá čas pohnúť sa s osobou, môže nepriaznivo ovplyvniť používanie. Napríklad predčasný pohyb mechanickej „nohy“môže viesť k tomu, že človek jednoducho stratí rovnováhu a spadne. A to zďaleka nie sú všetky problémy. Očividne má ľudská noha menej stupňov voľnosti ako ruka, nehovoriac o ruke a prstoch.
Najnovšia história vojenských exoskeletov sa začala v roku 2000. Potom americká agentúra DARPA iniciovala spustenie programu EHPA (Exoskeletons for Human Performance Augmentation - Exoskeletons for increase human performance). Program EHPA bol súčasťou väčšieho projektu Land Warrior s cieľom vytvoriť vzhľad vojaka budúcnosti. V roku 2007 bol však Land Warrior zrušený, ale jeho exoskeletová časť pokračovala. Cieľom projektu EHPA bolo vytvorenie tzv. kompletný exoskelet, ktorý obsahoval zosilňovače pre ľudské ruky a nohy. Zároveň neboli potrebné žiadne zbrane ani rezervácie. Predstavitelia zodpovední za DARPA a Pentagon dobre vedeli, že súčasný stav v oblasti exoskeletonov jednoducho neumožňuje vybaviť ich ďalšími funkciami. Z referenčného rámca programu EHPA preto vyplýva iba možnosť dlhodobého nosenia bremena s hmotnosťou asi 100 kilogramov vojakom v exoskelete a zvýšenie jeho pohybovej rýchlosti.
Sacros a University of Berkeley (USA), ako aj japonské systémy Cyberdyne Systems, vyjadrili želanie podieľať sa na vývoji novej technológie. Od začiatku programu uplynulo dvanásť rokov a za tento čas prešlo zloženie účastníkov určitými zmenami. Sacros sa teraz stal súčasťou koncernu Raytheon a z oddelenia univerzity s názvom Berkeley Bionics sa stala divízia spoločnosti Lockheed Martin. Tak či onak, v súčasnosti existujú tri prototypy exoskeletov vytvorených v rámci programu EHPA: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL a Raytheon XOS.
Prvý z uvedených exoskeletov - HULC - úplne nespĺňa požiadavky DARPA. Faktom je, že 25-kilogramová konštrukcia obsahuje iba systém podpory chrbta a mechanické „nohy“. Ručná podpora nie je v HULC implementovaná. Fyzické schopnosti operátora HULC sa zároveň zvyšujú vďaka tomu, že prostredníctvom systému chrbtovej opory sa väčšina zaťaženia ramien prenáša na silové prvky exoskeletu a v konečnom dôsledku „ide“do zeme. Vďaka použitému systému vojak unesie až 90 kilogramov nákladu a zároveň zažije náklad, ktorý spĺňa všetky armádne štandardy. HULC je napájaný lítium-iónovou batériou, ktorá vydrží až osem hodín. V ekonomickom režime môže človek v exoskelete kráčať rýchlosťou 4-5 kilometrov za hodinu. Maximálna možná rýchlosť HULC je 17-18 km / h, ale tento režim prevádzky systému výrazne znižuje prevádzkový čas z jedného nabitia batérie. Spoločnosť Lockheed Martin v budúcnosti sľubuje vybavenie HULC palivovými článkami, ktorých kapacita bude stačiť na deň prevádzky. V ďalších verziách navyše dizajnéri sľubujú „robotické“ruky, čo výrazne zvýši možnosti používateľa exoskeletu.
Raytheon doteraz predstavil dva trochu podobné exoskeletony s indexmi XOS-1 a XOS-2. Líšia sa v hmotnostných a veľkostných parametroch a v dôsledku toho v mnohých praktických vlastnostiach. Na rozdiel od HULC je rodina XOS vybavená systémom odľahčenia ruky. Oba tieto exoskelety môžu zdvihnúť asi 80-90 kilogramov vlastnej hmotnosti. Je pozoruhodné, že konštrukcia oboch XOS vám umožňuje nainštalovať rôzne manipulátory na mechanické ramená. Je potrebné poznamenať, že XOS-1 a XOS-2 majú zatiaľ značnú spotrebu energie. Z tohto dôvodu ešte nie sú autonómne a vyžadujú externé napájanie. V súlade s tým neprichádza do úvahy maximálna cestovná rýchlosť a výdrž batérie. Podľa Raytheona však potreba káblového napájania nebude prekážkou používania XOS v skladoch alebo na vojenských základniach, kde je vhodný zdroj elektrickej energie.
Treťou ukážkou programu EHPA je Cyberdyne HAL. Dnes je relevantná verzia HAL-5. Tento exoskelet je do istej miery zmesou prvých dvoch. Rovnako ako HULC je možné ho používať aj samostatne - batérie vydržia 2,5-3 hodiny. S rodinou XOS spája vývoj spoločnosti Cyberdyne Systems „úplnosť“dizajnu: obsahuje podporné systémy pre ruky a nohy. Nosnosť HAL-5 však nepresahuje niekoľko desiatok kilogramov. Podobná je situácia s rýchlostnými kvalitami tohto vývoja. Faktom je, že japonskí dizajnéri sa zamerali nie na vojenské využitie, ale na rehabilitáciu zdravotne postihnutých ľudí. Je zrejmé, že takíto používatelia jednoducho nepotrebujú vysokú rýchlosť ani nosnosť. Preto ak bude mať armáda záujem o HAL-5 v súčasnom stave, bude možné na jeho základe vyrobiť nový exoskelet, zostrený na vojenské účely.
Zo všetkých možností sľubných exoskeletov predložených do súťaže EHPA zatiaľ iba HULC dosiahol testovanie v spojení s armádou. Mnoho funkcií iných projektov stále neumožňuje začať ich terénne skúšky. V septembri bude po častiach odoslaných niekoľko súprav HULC na štúdium vlastností exoskeletu v reálnych podmienkach. Ak všetko pôjde hladko, rozsiahla výroba sa začne v rokoch 2014-15.
Medzitým budú mať vedci a dizajnéri lepšie koncepty a návrhy. Najočakávanejšou inováciou v oblasti exoskeletov sú robotické rukavice. Existujúce manipulátory zatiaľ nie sú veľmi vhodné na používanie nástrojov a podobných predmetov určených na ručné použitie. Vytvorenie takýchto rukavíc je navyše spojené s mnohými ťažkosťami. Vo všeobecnosti sú podobné tým, ktoré majú iné zostavy exoskeletov, ale v tomto prípade problémy so synchronizáciou zhoršuje veľké množstvo mechanických prvkov, vlastnosti pohybu ľudskej ruky atď. Ďalším krokom vo vývoji exoskeletov bude vytvorenie neuroelektronického rozhrania. Teraz je pohyb mechaniky riadený snímačmi a servopohonmi. Pohodlnejšie pre inžinierov a vedcov je použitie riadiaceho systému s elektródami, ktoré odstraňujú nervové impulzy človeka. Takýto systém okrem iného zníži reakčný čas mechanizmov a v dôsledku toho zvýši účinnosť celého exoskeletu.
Pokiaľ ide o praktické využitie, názory na neho sa za posledné polstoročie takmer nezmenili. Armáda je stále považovaná za hlavných používateľov sľubných systémov. Môžu používať exoskeletony na nakladanie a vykladanie, prípravu munície a navyše v bojovej situácii na posilnenie schopností bojovníkov. Treba poznamenať, že nosnosť exoskeletov bude užitočná nielen pre armádu. Rozsiahle používanie technológie, ktorá umožňuje osobe výrazne zvýšiť svoje fyzické schopnosti, môže zmeniť tvár celej logistiky a nákladnej dopravy. Napríklad čas naloženia nákladného návesu bez vysokozdvižných vozíkov sa zníži o desiatky percent, čo zvýši efektivitu celého dopravného systému. Napokon nervovo ovládané exoskelety pomôžu postihnutým podporovať ľudí, aby mohli opäť žiť plnohodnotný život. Na neuroelektronické rozhranie sa navyše vkladajú veľké nádeje: v prípade poranení chrbtice atď. Pri zraneniach nemusia signály z mozgu dosiahnuť konkrétnu oblasť tela. Ak ich „zachytíme“do poškodenej oblasti nervu a pošleme ich do riadiaceho systému exoskeletu, potom už osoba nebude pripútaná na invalidný vozík alebo na posteľ. Vojenský vývoj teda môže opäť zlepšiť život nielen armáde. Pri vytváraní veľkých plánov by ste mali zatiaľ pamätať na skúšobnú prevádzku exoskeletu Lockheed Martin HULC, ktorá sa začne až na jeseň. Na základe jeho výsledkov bude možné posúdiť perspektívy celého odvetvia a záujem o ne zo strany potenciálnych používateľov.
