остро ощущает необходимость в такого рода устройствах.
Управляется ReWalk с наручного браслета; перемещение по горизонтали вперед активизируется простым наклоном корпуса. Доступны также режимы восхождения и спуска по лестнице. Давняя проблема шагающих роботов – удержание равновесия – в данном случае решена пассивно: предполагается, что у человека в экзоскелете работают руки и плечевой пояс, что позволяет ему пользоваться костылями в качестве страховочных подпорок и для ускорения перемещения. Помимо прочего, такой подход заметно удешевляет конструкцию, делая ее более доступной для тех, кому она действительно необходима.
Помимо экзоскелетов для опорно-двигательного аппарата существуют проекты, призванные помочь больным с нарушениями функций управления руками. Такая конструкция разрабатывается, в частности, в Институте роботехники Университета Карнеги-Меллона. Электромеханический протез для руки (кисти и предплечья) помогает пациентам с нарушениями в верхнем спинном мозге брать и удерживать предметы, в том числе достаточно тяжелые, а также довольно уверенно совершать тонкие движения пальцами.
Работать поменьше, а результатов получать побольше – одно из вековых мечтаний человечества. Благодаря ему на свет появились полиспаст, фомка, подъемный кран и шагающий экскаватор. Плодом этого же направления инженерных изысканий становятся экзоскелеты, предназначенные для увеличения мускульной силы здорового человека. Бульдозеры и дизельные лебедки, конечно, прекрасны, но не во всякой ситуации им можно найти применение. Разбирать, к примеру, завалы в пострадавшем от землетрясения городе или вести спасательные работы в осыпающемся шахтном стволе удобнее, все-таки не раздумывая, пройдет ли в этот пролом тяжелая инженерная техника и выдержит ли ее подстилающая поверхность. Здесь увеличить силовые возможности человека, не меняя значительно его габаритов и способа перемещения в пространстве, было бы очень кстати.
Впрочем, первые действующие образцы «рабочих» экзоскелетов невесомостью не отличались. Еще в 1960-х гг. General Electric спроектировала электрогидравлическую конструкцию под названием Hardiman – она с готовностью могла позировать для обложек фантастических романов, однако при массе около тонны и чудовищном энергопотреблении так и осталась бесперспективной. Прошло несколько десятилетий, прежде чем в распоряжении инженеров оказались новые материалы и технологии, которые позволили приблизить подобные разработки к реальности.
Компания Berkeley Bionics, активно сотрудничающая с Министерством обороны США, к 2005 г. подготовила два прототипа серийного экзоскелета, пригодных для настоящей работы – как минимум, для переноски серьезных тяжестей. Наиболее совершенный вариант конструкции под названием ExoClimber уверенно справляется с лестницами и пологими подъемами, масса ее немногим более 20 кг (включая блок аккумуляторов и управляющий компьютер), и она позволяет оператору справляться с грузами до 70 кг словно с набитыми пухом подушками. Инертная масса грузов при этом, правда, никуда не девается, хотя гравитационную экзоскелет для человека компенсирует, – это необходимо учитывать при поворотах и наклонах.
Судя по информации на сайте Berkeley Bionics, на 2008 г. запланирована демонстрация сразу нескольких полнофункциональных прототипов экзоскелета нового поколения – HULC. Он, правда, не зеленого цвета, да и трогательные синие штанишки для оператора в комплект не входят, зато, в отличие от предшествующих образцов, он не только компенсирует массу поднимаемого груза (до 90 кг), но и делает своего оператора более выносливым. Детали технологических наработок Berkeley Bionics не разглашаются, однако декларируется, что оператор, благодаря HULC, расходует меньше кислорода и получает меньшую нагрузку на сердце, чем обычный человек в аналогичных условиях (или же в экзоскелете другой модели). Разработчики утверждают, что при движении со скоростью около 3,5 км/ч без нагрузки потребление кислорода оператором HULC снижается на 5–12 % по сравнению с тем, как если бы он перемещался на своих двоих. Именно это направление (повышение выносливости) компания намерена сделать главной областью своих изысканий на ближайшее время.
Чуть более узкую задачу поставили перед собой исследователи из группы биомехатроники Массачусетсского технологического института (MIT Media Lab’s Biomechatronics Group). Их детище напоминает творение Argo Medical Technologies – этот экзоскелет также рассчитан на облегчение работы лишь нижних конечностей; он представляет собой сочетание каркаса с датчиками и приводами для ног и рюкзака на спине. В рюкзаке в этом случае, однако, располагается не только электроника: оператор в таком экзоскелете способен нести груз массой около 40 кг, практически не ощущая его.
Но здесь есть свои тонкости. Разработка группы биомехатроники отлично компенсирует усилия, затрачиваемые на ходьбу в экзоскелете с грузом: системы пружин и суставных компенсаторов с готовностью откликаются на движения человеческих ног, затрачивая на каждый шаг фантастически малое количество энергии – около 1 Вт. Мощность же, требуемая другими существующими экзоскелетами, может в данном случае достигать и 3000 Вт.
Оборотная сторона достижения исследователей из MIT – снижение, как ни парадоксально, выносливости оператора экзоскелета. Компенсация массы груза в случае их устройства приводит к тому, что движения становятся крайне непривычными для человека – и хотя прямая нагрузка на мышцы снижается многократно, неудобство перемещения заставляет оператора активнее потреблять кислород, ускоряет его метаболизм и в итоге заметно его утомляет. В настоящее время группа работает над тем, чтобы от первого грубого приближения электромеханической конструкции (к реальной человеческой ноге с ее непростой мускульно-костной механикой) перейти к более детальному воспроизведению ее перемещений в пространстве при ходьбе. Когда нагрузку при этих перемещениях удастся настолько же удачно скомпенсировать, насколько это происходит в конечности человека естественным образом, экзоскелет данного типа может стать эталоном для серийных образцов.
Сегодня существует, пожалуй, единственный вполне работоспособный, доведенный даже до серийного производства экзоскелет. Это HAL-5 (Hybrid Assistive Limb), более десяти лет разрабатывавшийся группой Йосиюки Санкаи, инженера из университета города Цукуба. По цене автомобиля (от 15 тыс. долл. и выше, в зависимости от модификации) желающие могут заказать экземпляр в личное пользование или арендовать его за несколько сотен долларов в месяц. Как предполагают его создатели, в скором времени такие устройства станут в Японии актуальнее автомобилей: если в 2004 г. доля людей пенсионного возраста в стране не превышала 20 %, то к 2050-му она достигнет 35 %. Беспомощным по сегодняшним меркам людям волей-неволей придется заботиться о себе самим – и экзоскелеты им придутся как нельзя кстати.
HAL-5 полностью соответствует высокому званию экзоскелета, принимая на себя значительную (до 100 кг) нагрузку, поднимать и переносить которую берется заключенный в него человек. Да и самому человеку в таком робокостюме куда комфортнее передвигаться, чем привычным образом. В августе 2006 г. это продемонстрировал 43-летний Сэйдзи Утида, уже несколько лет к тому времени не поднимавшийся с инвалидного кресла. Благодаря экзоскелету он в буквальном смысле на своих двоих одолел полпути до вершины 4,5-км горы Брейтхорн в Швейцарских Альпах.
