エキソスケルトン
最近、外骨格についての話が増えていますが、本発明の歴史はXNUMX世紀にまでさかのぼります。 それが何十年にもわたってどのように変化したか、そしてその進化のターニングポイントがどのように見えたかをご覧ください。
1.NikolaiYagnの特許からのイラスト
1890 – 外骨格を作成するための最初の革新的なアイデアは 1890 世紀に遡ります。 420179年、ニコラス・ヤグンは米国で「歩く、走る、跳ぶことを容易にする装置」の特許を取得しました（特許番号US XNUMX A）。1）。 それは木で作られた鎧であり、その目的は数キロメートルの行進中に戦士の速度を上げることでした。 この設計は、最適なソリューションをさらに探すためのインスピレーションの源となりました。
1961 - 60年代、ゼネラル・エレクトリック社はコメル大学の科学者グループと協力して、人間の運動をサポートする電気油圧スーツの開発に取り組み始めました。 人間増強プロジェクトにおける軍との協力により、ハーディマンの開発が行われました (2）。 このプロジェクトの目的は、人間の自然な動きを模倣したスーツを作成し、約700kgの物体を持ち上げることができるようにすることでした。 衣装自体の重さは同じですが、実物の重さはわずか20kgでした。
2.ゼネラルエレクトリックプロトタイプ熱交換器
プロジェクトの成功にもかかわらず、その有用性はごくわずかであり、最初のコピーは高価であることが判明しました。 限られたモビリティオプションと複雑な電力システムにより、最終的にこれらのデバイスは使用できなくなりました。 テスト中に、ハーディマンは350 kgしか持ち上げることができず、長期間使用すると危険で協調性のない動きをする傾向があることが判明しました。 プロトタイプのさらなる開発から、片方の腕だけが放棄されました-デバイスの重さは約250 kgでしたが、以前の外骨格と同じくらい実用的ではありませんでした。
70です。 「そのサイズ、重量、不安定性、電力の問題のため、ハーディマンは生産されることはありませんでしたが、産業用マンメイトには 60 年代の技術がいくつか使用されていました。 この技術の権利は、GE のエンジニアの 4500 人が設立した Western Space and Marine によって購入されました。 この製品はさらに開発され、現在ではフォース フィードバックを使用して最大 XNUMX kg を持ち上げることができる大型ロボット アームの形で存在しており、鉄鋼業界にとって理想的な製品となっています。
3.セルビアのMihailoPupinInstituteで構築された外骨格。
1972 – 初期のアクティブ外骨格と人型ロボットは、セルビアのミハイロ・ピュピン研究所で、教授率いるグループによって開発されました。 ミオミール・ヴコブラトヴィッチ。 まず、下肢運動システムは、対麻痺に苦しむ人々のリハビリテーションをサポートするために開発されました (3）。 活動的な外骨格を開発するとき、研究所は人間の歩行を分析および制御するための方法も開発しました。 これらの進歩のいくつかは、今日の高性能ヒューマノイドロボットの開発に貢献しています。 1972年、ベオグラードの整形外科クリニックで、下肢麻痺の電子プログラミングを備えたアクティブな空気圧外骨格がテストされました。
1985 「ロスアラモス国立研究所のエンジニアは、歩兵用のパワーアーマーであるピットマンと呼ばれる外骨格を製造しています。 この装置の制御は、特別なヘルメットに設置された頭蓋骨の表面をスキャンするセンサーに基づいていました。 当時の技術の能力を考えると、製造するには設計が複雑すぎました。 この制限は主に、コンピュータの計算能力が不十分であることが原因でした。 さらに、脳信号を処理して外骨格の動きに変換することは、当時は技術的に事実上不可能なままでした。
4.MontyReedによって設計されたExoskeletonLifesuit。
1986 — スカイダイビング中に脊椎を骨折した米陸軍兵士のモンティ・リードは、サバイバルスーツの外骨格を開発（4）。 彼は、ロバート・ハインラインの空想科学小説 『スターシップ・トゥルーパーズ』の移動歩兵スーツの説明に触発され、病院での回復中に読んだ。 しかし、リードは2001年まで彼のデバイスでの作業を開始しませんでした。 2005年、彼はワシントン州シアトルで開催された聖パトリックの日レースでプロトタイプ4,8レスキュースーツをテストしました。 開発者は、ロボットスーツの歩行速度の記録を樹立し、平均速度4 km/hで14kmをカバーしたと主張しています。 プロトタイプのLifesuit1,6は、92 kmを完全に充電し、XNUMXkgを持ち上げることができました。
1990-現在 - HAL外骨格の最初のプロトタイプは山海良之によって提案されました（5）、教授。 筑波大学。 Sankaiは、1990年から1993年までの22年間を費やして、脚の動きを制御するニューロンを特定しました。 彼と彼のチームが機器のプロトタイプを作成するのにさらに5年かかりました。 10世紀初頭に開発された5番目のHALプロトタイプは、コンピューターに接続されていました。 バッテリー自体の重さは約XNUMXkgで、非常に実用的ではありませんでした。 対照的に、後のモデルのHAL-XNUMXの重量はわずかXNUMX kgで、バッテリーと制御コンピューターをユーザーの腰に巻き付けていました。 HAL-XNUMXは現在、日本企業Cyberdyne Inc.によって製造されたXNUMX肢の医療用外骨格です（ただし、下肢のみのバージョンも利用可能です）。 筑波大学と共同で。
5.山海嘉之教授が外骨格モデルのXNUMXつを紹介します。
屋内と屋外の両方で約2時間40分動作します。 重い物を持ち上げるのに役立ちます。 ケース内のコンテナ内のコントロールとドライブの位置により、ほとんどの外骨格に特徴的な「バックパック」を取り除くことができ、時には大きな昆虫に似ています。 高血圧、骨粗鬆症、および心臓病のある人は、HALを使用する前に医師に相談する必要があります。禁忌には、ペースメーカーおよび妊娠が含まれますが、これらに限定されません。 HAL FITプログラムの一環として、メーカーは、病気の人と健康な人の両方に外骨格を使った治療セッションを使用する可能性を提供しています。 HALの設計者は、アップグレードの次の段階では、ユーザーが自由に動き、走ることさえできる薄いスーツの作成に焦点を当てると主張しています。
2000 -教授。 Homayoun Kazeruni と Ekso Bionics のチームは、汎用人員貨物輸送車 (HULC) を開発しています。6）は、油圧ドライブを備えたワイヤレス外骨格です。 その目的は、最大速度90 km / hで、戦闘中の兵士が最大16kgの荷物を長時間運ぶのを支援することです。 このシステムは、26年2009月XNUMX日にロッキードマーティンとライセンス契約が締結されたAUSAWinterSymposiumで公開されました。 この設計で使用される主な材料はチタンです。チタンは軽量ですが、機械的特性と強度特性が高く、比較的高価な材料です。
外骨格には、最大68 kgの物体を運ぶことができる吸盤が装備されています（持ち上げ装置）。 電力は20つのリチウムポリマー電池から供給され、最大2012時間の最適な負荷でデバイスの正常な動作を保証します。 外骨格は、さまざまな戦闘条件とさまざまな負荷でテストされました。 XNUMX年の秋に一連の実験が成功した後、彼はアフガニスタンに送られ、そこで武力紛争中にテストされました。 多くの肯定的なレビューにもかかわらず、プロジェクトは保留されました。 結局のところ、デザインは特定の動きを実行することを困難にし、実際に筋肉への負荷を増加させました。これは、その作成の一般的な考え方と矛盾していました。
2001 - バークレー下肢外骨格 (BLEEX) プロジェクトは、もともと主に陸軍を対象としたもので、進行中です。 その枠組みの中で、実用的に重要な自律的なソリューションの形で有望な結果が達成されています。 まず、脚にさらなる強度を与えるために下半身に取り付けられるロボット装置が作成されました。 この機器は国防高等研究計画局（DARPA）から資金提供を受け、カリフォルニア大学バークレー校機械工学部の一部門であるバークレーロボット工学・人間工学研究所によって開発された。 バークレーの外骨格システムは、兵士に食料、救助用具、応急処置キット、通信、武器などの大きな荷物を最小限の労力であらゆる種類の地形で運ぶ能力を与えます。 軍事用途に加えて、BLEEX は現在、民生プロジェクトも開発しています。 ロボット工学・人間工学研究室は現在、次のソリューションを研究しています。 ExoHiker - 主に重装備を輸送する必要がある遠征隊員向けに設計された外骨格、ExoClimber - 高い丘を登る人々のための装備、Medical Exoskeleton - 障害を持つ人々のための外骨格身体能力。 下肢の可動性障害。
8.プロトタイプSarcosXOS2の動作
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2010 – XOS 2 が表示されます (8）は、SarcosのXOS外骨格の続きです。 まず第一に、新しい設計はより軽く、より信頼性が高くなり、静止状態で最大90kgの荷物を持ち上げることができます。 デバイスはサイボーグに似ています。 制御は、人工関節のように機能する68個のアクチュエータに基づいています。 外骨格には、コンピューターを介してアクチュエーターに信号を送信するいくつかのセンサーが含まれています。 このように、スムーズで継続的な操作が行われ、ユーザーは大きな労力を感じることはありません。 XOSの重量はXNUMXkgです。
2011-現在 – 米国食品医薬品局 (FDA) が ReWalk 医療用外骨格を承認 (9）。 筋力要素を使って脚を強化し、麻痺のある人がまっすぐ立ったり、歩いたり、階段を上ったりできるシステムです。 エネルギーはバックパックバッテリーによって供給されます。 制御は、ユーザーの動きを検出して修正するシンプルなハンドヘルドリモコンを使用して実行されます。 全体はイスラエルのAmitGofferによって設計され、ReWalk Robotics Ltd（元々はArgo Medical Technologies）によって約85PLNで販売されています。 ドル。
9人がReWalk外骨格を歩きます
リリースの時点で、機器は2013つのバージョン（ReWalkIとReWalkP）で利用可能でした。最初のバージョンは、医療専門家の監督下で研究または治療目的で医療機関によって使用されます。 ReWalk Pは、自宅または公共の場所での患者による個人的な使用を目的としています。 2.0年1,6月、ReWalkRehabilitation1,9の更新バージョンがリリースされました。 これにより、背の高い人への適合性が向上し、制御ソフトウェアが向上しました。 ReWalkでは、ユーザーは松葉杖を使用する必要があります。 心血管疾患と骨の脆弱性は禁忌として言及されています。 制限は、100〜XNUMX m以内の成長、および最大XNUMXkgの体重です。 これはあなたが車を運転することができる唯一の外骨格です。
10. Ex Bionics eLEGS
2012 以前は Berkeley Bionics として知られていた Ekso Bionics が、医療用外骨格を発表しました。 このプロジェクトは XNUMX 年前に eLEGS (10）、さまざまな程度の麻痺を持つ人々のリハビリテーションを目的としていました。 ReWalkと同様に、構造には松葉杖を使用する必要があります。 バッテリーは、少なくとも100時間の使用にエネルギーを供給します。 Exoセットの費用は約XNUMX万です。 ドル。 ポーランドでは、神経系の患者を治療するために設計された医療機器である外骨格EksoGTのプロジェクトが知られています。 その設計により、脳卒中後の人々、脊髄損傷、多発性硬化症またはギランバレー症候群の患者を含む歩行が可能になります。 機器は、患者の機能障害の程度に応じて、いくつかの異なるモードで動作することができます。
2013 – マインドコントロール外骨格プロジェクトであるマインドウォーカーは、欧州連合から資金提供を受けています。 このデザインは、ブリュッセル自由大学とイタリアのサンタ ルチア財団の科学者との共同研究の成果です。 研究者らは、このデバイスを制御するさまざまな方法をテストしました。彼らは、思考によってデバイスを制御できるブレイン・ニューロ・コンピューター・インターフェース (BNCI) が最も効果的であると信じています。 信号は脊髄をバイパスして、脳とコンピューターの間を通過します。 Mindwalker は、EMG 信号、つまり筋肉が働いているときに人の皮膚の表面に現れる小さな電位 (筋電位と呼ばれる) を電子的な運動コマンドに変換します。 外骨格は非常に軽く、電池を除いた重さはわずか 30 kg です。 体重100kgまでの大人をサポートします。
2016 – スイスのチューリッヒにあるETH工科大学は、支援ロボットを使用した障害者向けの初のサイバスロンスポーツ大会を主催します。 競技の 50 つは、下肢に麻痺のある人々を対象とした障害物コースでの外骨格レースでした。 このスキルとテクノロジーのデモンストレーションでは、外骨格ユーザーはソファに座って立ち上がる、坂道を歩く、岩を踏む（浅い山の川を渡るときなど）、階段を登るなどのタスクを実行する必要がありました。 すべての練習をマスターできた人は誰もおらず、最も速いチームでも 8 メートルの障害物コースを完走するのに 2020 分以上かかったことが判明しました。 次回のイベントは、外骨格技術の発展を示すものとして、XNUMX 年に開催される予定です。
2019 – 英国リンプストンのコマンドー訓練センターでの夏のデモ中、グラビティ・インダストリーズの発明家兼最高経営責任者（CEO）であるリチャード・ブラウニングは、ダイダロス・マーク1外骨格ジェットスーツを披露し、英国だけでなく軍に大きな印象を与えた。 600 つの小型ジェット エンジン (そのうち 10 つは後部に取り付けられ、さらに XNUMX つは各アームに追加のペアの形で取り付けられています) により、最大 XNUMX メートルの高さまで登ることができます。これまでのところ、XNUMX 分間の飛行に必要な燃料しかありません。フライト ...
