1. Scroll
  2. /
  3. Technologia
  4. /
  5. Czym jest egzoszkielet? Wszystko o wspomaganych szkieletach

Technologia

1 miesiąc temu

Czym jest egzoszkielet? Wszystko o wspomaganych szkieletach

Nauka
4
0
1
4
0

Choć pomysł na pierwszy egzoszkielet pojawił się ponad 120 lat temu, jest to technologia, która do świadomości zwykłych ludzi przebiła się stosunkowo niedawno. Pochylmy się więc nad tematem wspomaganych szkieletów – jakie jest ich zastosowanie i do czego służą?

Historia egzoszkieletu – jak to się zaczęło?

Egzoszkielet – co to właściwie jest? Bioniczny, egzo – czyli zewnętrzny, szkielet – zwany również pancerzem wspomaganym, to specjalna konstrukcja, odpowiadająca anatomii człowieka i naśladująca jego ruchy. Do stworzenia systemu wykorzystuje się wysoce zaawansowaną technologię i łączy wiedzę z różnych dziedzin nauki. Coraz to nowsze wersje egzoszkieletów powstają w celu zwiększenia fizycznych możliwości człowieka, a nawet przywrócenia możliwości poruszania się osobom sparaliżowanym.

Hardiman
Hardiman – jedna z pierwszych prób budowy egzoszkieletu wspomaganego (1965-1971)

Pierwsze doniesienia dotyczące egzoszkieletu sięgają XIX wieku, kiedy to w 1890 roku Mikołaj Jagin stworzył pionierską aparaturę „wspomagającą chodzenie, skakanie i bieganie”. Drewniany pancerz zaprojektowany został, aby zwiększyć prędkość żołnierzy maszerujących przez wiele kilometrów. To właśnie zapotrzebowanie sił zbrojnych stało się zaczątkiem dalszych prac nad stworzeniem egzoszkieletu.

Wiek XX przyniósł kolejne próby zbudowania niezawodnego pancerza bojowego, który wspomógłby siłę i wytrzymałość ludzką. Niestety słabo rozwinięta technologia nie była w stanie sprostać pomysłom konstruktorów. Tak naprawdę dopiero XXI wiek pozwolił na intensyfikację prac: egzoszkielet wojskowy został nie tylko zaprojektowany i zbudowany, lecz także przetestowany przez amerykańskich żołnierzy podczas konfliktu zbrojeniowego w Afganistanie, był to Human Universal Load Carrier – HULC. 

Tytanowy HULC umożliwił przenoszenie ciężkich ładunków (nawet do 90 kg), choć sam ważył stosunkowo niewiele (23 kg). To właśnie negatywne skutki płynące z nadmiernego obciążenia żołnierzy niezbędnym wyposażeniem (które średnio osiąga ok. 30 kg) dały impuls do poszukiwania konstrukcji wspomagających możliwości fizyczne i zapobiegających urazom. 

Zaawansowane badania nad egzoszkieletem bojowym pozwoliły na wyodrębnienie konstrukcji również o innym przeznaczeniu – egzoszkieletów medycznych. Dzięki temu technologia, wcześniej znana raczej z filmów Science Fiction, stała się powszechnie dostępna i niesie nieocenioną pomoc pacjentom. 

Zastosowanie egzoszkieletu w medycynie

Rehabilitacja w schorzeniach neurologicznych, porażeniach kończyn oraz urazach rdzenia kręgowego to dziedzina, w której egzoszkielet okazał się prawdziwą rewolucją. Budowa mobilnej konstrukcji opiera się na zastosowaniu systemu złożonego z siłowników różnego typu, w tym elektrycznych, hydraulicznych i pneumatycznych, które montuje się na stawach biodrowych i kolanowych. Zasilane są przez silnik lub akumulator, inicjują kroki lub inne ruchy (np. wstawanie i siadanie). Sterowanie może odbywać się na kilka sposobów:

  • mechanicznie, np. za pomocą joysticka,
  • głosowo,
  • komputerowo,
  • z zastosowaniem czujników naskórnych i podskórnych oraz siły i ruchu,
  • z wykorzystaniem fal mózgowych.
Egzoszkielet medyczny
Egzoszkielet pozwala na ponowne poruszanie się osobom po udarze lub z przerwanym rdzeniem kręgowym

Egzoszkielet wspomagany o przeznaczeniu medycznym wyróżnia się ogromną użytecznością, która obejmuje:

  • zastępowanie niesprawnych mięśni,
  • rehabilitację pacjentów ze schorzeniami neurologicznymi (np. po udarze), z uszkodzonym rdzeniem kręgowym, porażeniem połowicznym lub całkowitym i innych,
  • zastępowanie wózka inwalidzkiego,
  • wspomaganie naturalnej motoryki,
  • odciążenie układu kostno-stawowego,
  • wzmocnienie siły mięśniowej,
  • pionizację i reedukację chodu,
  • wsparcie personelu medycznego oraz opiekunów osób z niepełnosprawnością.

Zastosowanie egzoszkieletu to także ograniczenie liczby personelu niezbędnego do przeprowadzenia indywidualnej rehabilitacji, np. reedukacji chodu. Choć szybsze uzyskanie widocznych efektów rehabilitacji to jedna z najważniejszych zalet egzoszkieletów medycznych, to jednak najistotniejsze jest nieocenione wsparcie psychiki pacjenta, który jest w stanie samodzielnie postawić krok lub wykonać daną czynność.

Zastosowanie egzoszkieletu w wojsku

Poszukiwanie rozwiązań, które zwiększyłyby możliwości fizyczne żołnierzy, doprowadziło do stworzenia licznych prototypów, a w rezultacie konstrukcji zaawansowanych technologicznie, wśród nich – egzoszkieletu. Wojsko stało się miejscem, w którym nader prężnie poszukuje się coraz to bardziej innowacyjnych rozwiązań, mających na celu wsparcie wydajności bojowej. 

Współczesny egzoszkielet wojskowy przyjmuje postać układu mechatronicznego (robota) w formie pancerza nakładanego na żołnierza, który może obejmować tylko nogi lub wszystkie cztery kończyny. Przede wszystkim ułatwia on przenoszenie ciężkiego wyposażenia – zwiększa siłę i wytrzymałość. Ponadto ułatwia i przyspiesza długi marsz w trudnym terenie, a także wspiera akcje ratunkowe i ewakuacyjne.

Egzoszkielet wojskowy
HULC

Nadzieje pokładane w dynamicznie rozwijającej się technologii przekładają się na wysokie wymagania stawiane egzoszkieletom bojowym. Departament Armii Stanów Zjednoczonych ściśle je nawet określił, uwzględniając między innymi:

  • zwiększenie możliwości bojowych poprzez zredukowanie masy wyposażenia oraz ułatwienie pokonywania znacznych odległości w trudnym terenie,
  • wspomaganie procesów obserwacji przeciwnika,
  • zapewnienie ochrony przed skutkami użycia różnego rodzaju broni,
  • wsparcie zmysłów wzroku i słuchu,
  • zapewnienie trudnej do wykrycia łączności oraz możliwości szybkiego przekazywania danych cyfrowych. 

Cena egzoszkieletu wojskowego uzależniona jest przede wszystkim od rodzaju i zaawansowania technologii wykorzystanej do jego zbudowania. I tak na przykład pancerz wprowadzony do armii przez Rosjan nie posiada elektrycznego zasilania, co przekłada się na jego stosunkowo niską cenę, szacowaną na około 3,5 tysiąca dolarów. Dla porównania bardziej zaawansowane technologicznie szkielety amerykańskie kosztują około 20 tysięcy dolarów za sztukę.

Sprawdź: Co to jest uczenie maszynowe? Machine learning w pigułce

Inne zastosowania wspomaganego szkieletu

Egzoszkielety znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie pożądane jest wzmocnienie ludzkiej wytrzymałości, siły czy stabilności. Okazuje się więc, że ich przydatność nie ogranicza się jedynie do zastosowań medycznych oraz bojowych, ale z powodzeniem wykorzystywane są budownictwie, rolnictwie, przemyśle ciężkim czy ratownictwie. Egzoszkielet przemysłowy stosuje się między innymi przy montażu i przenoszeniu ciężkich ładunków, konieczności przebywania pracownika w niekomfortowej pozycji przez długi czas lub przy pokonywaniu przez niego znacznych odległości pieszo.

Pierwszy egzoszkielet do pracy fizycznej został zaprezentowany przez amerykańską firmę Sarcos Robotics. Konstrukcja o nazwie Guardian XO umożliwia przeniesienie ciężaru sięgającego nawet 90 kg. Jak zaznacza sam producent, egzoszkielet przemysłowy powstał z potrzeby umożliwienia pracownikom zwiększenia ich produktywności w całkowicie bezpieczny sposób oraz ograniczenia powstawania kontuzji. Firma podkreśla, że sprzęt umożliwia zastąpienie kilku pracowników jednym, wyposażonym w pancerz wspomagający.

Egzoszkielet jako element popkultury SF

Prawdopodobnie pierwszym Twoim skojarzeniem związanym z egzoszkieletami były zrobotyzowane kombinezony filmowych superbohaterów. Nic w tym zaskakującego, ponieważ projekty i prototypy takich wspomagających pancerzy inspirują twórców od lat. 

Jednym z najbardziej rozsławionych modeli egzoszkieletu w filmach jest Power Loader P-5000 z filmu Aliens. Główna bohaterka użyła go w walce „wręcz” z Królowa Obcych na pokładzie USS Sulaco. Dzięki niemu, Ripley była w stanie nawiązać równą walkę z niezwykle silną Królową. Nie powinno to dziwić – według informacji, P-5000 jest zdolny do podnoszenia ciężaru o masie 4 ton.

P-5000
Power Loader P-5000 / Źródło: Aliens (1986)

Kolejną postacią mocno zakorzenioną w popkulturze SF jest superbohater z komiksów Marvel Comics – Iron Man, który kojarzony jest ze swoją czerwono-złotą cybernetyczną zbroją. Nie jest to zresztą jedyny pancerz wspomagający występujący w serii. Bohater konstruował zaawansowane technologicznie zbroje, które nadawały mu nadludzką siłę, wytrzymałość, a nawet możliwość latania.

Za inny przykład może służyć film Neilla Blomkampa Elizjum, gdzie egzoszkielet pełni nieocenioną rolę wspomagającą głównego bohatera oraz Na skraju jutra – w którym to ludzkość używa tzw. Combat Jacket – egzoszkieletu wspomagającego żołnierzy w walce z niezwykle groźnymi obcymi.

Przedstawienie wybranych modeli szkieletów wspomaganych – ich ceny i przeznaczenie

  1. Egzoszkielet Free Walk firmy Bionics

Charakteryzuje się prostą konstrukcją, która jest łatwa i szybka w założeniu. Umożliwia sterowanie poprzez aplikację na telefonie lub tablecie oraz za pomocą dołączonych kul łokciowych, a po złożeniu mieści się w walizce. Pozwala dostosować system do pacjenta w zaledwie 10 minut. Cechuje się wysokim komfortem użytkowania i przeznaczony jest do rehabilitacji: umożliwia wstawanie, siadanie oraz chodzenie.

Masa urządzenia: 20 kg.

Przeznaczony dla pacjentów o wzroście od 150 cm do 190 cm oraz o masie ciała do 100 kg. 

Cena: około 500 tys. złotych.

  1. Egzoszkielet ReWalk firmy ReWalk Robotics

Jest to pierwszy model egzoszkieletu, który został dopuszczony przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków (FDA) do sprzedaży w USA. Przeznaczony jest dla osób sparaliżowanych i ma za zadanie znacznie poprawić jakość życia pacjentów, umożliwiając samodzielne chodzenie. Obsługa opisywana jest jako „banalnie prosta” poprzez kontroler zakładany na rękę. Użytkownik może korzystać z trzech trybów: chodzenia, siedzenia oraz stania.

ReWalk egzoszkielet
Egzoszkielet ReWalk / Źródło: ReWalk Robotics

Masa urządzenia: 23 kg.

Cena: ok. 70 tys. dolarów.

  1. Egzoszkielet Fortis firmy Lockheed Martin

Ten lekki egzoszkielet (12 kg) przeznaczony jest do zastosowania w przemyśle ciężkim. Umożliwia przenoszenie ciężarów do 16 kg bez wysiłku. Zaawansowana, ergonomiczna konstrukcja porusza się naturalnie wraz z ciałem i dostosowuje do różnych typów budowy sylwetki. Producent oferuje także samo ramię narzędziowe. Co ciekawe, do swojej pracy nie potrzebuje zasilania. 

Cena: ok. 24 tys. dolarów za cały szkielet i ok. 7 tys. dolarów za ramię.

  1. Guardian XO firmy Sarcos

Wspomniany już wcześniej, czterokończynowy egzoszkielet przemysłowy służy do zwiększenia produktywności pracowników, pozwalając wykonywać płynne ruchy i swobodnie podnosić ciężar nawet do 90 kg. Jego założenie trwa mniej niż 30 sekund.

Cena wypożyczenia na rok: 100 tys. dolarów.

Jak widzisz, egzoszkielety to przyszłość nie tylko wojska, lecz także medycyny i przemysłu. To technologia, która, choć zaprojektowana głównie na potrzeby działań wojennych, staje się coraz bardziej dostępna i ułatwia życie tych, którzy potrzebują tego typu specjalistycznego wsparcia.

4
0

Podziel się:

Komentarze (1)

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.