Esoscheletri

Ancu s'ellu hè sempre più intesu parlà di l'exoskeletons ultimamente, si trova chì a storia di sta invenzione torna à u XIXmu seculu. Scuprite cumu hà cambiatu annantu à i decennii è ciò chì parevanu i punti di svolta in a so evoluzione. 

1. Illustrazione da a patente di Nikolai Yagn

1890 - I primi idee innovatori per creà un esoscheletru datanu di u XIX seculu. In u 1890, Nicholas Yagn patentatu in i Stati Uniti (patent No. US 420179 A) "Un dispositivu per facilità a caminata, a corsa è u saltu" (1). Era una armatura fatta di legnu, chì u scopu era di aumentà a vitezza di un guerrieru durante una marchja di parechji chilometri. U disignu hè diventatu una fonte d'ispirazione per più ricerca di a suluzione ottima.

1961 - In l'anni 60, General Electric, inseme cù un gruppu di scientisti di l'Università di Comell, hà cuminciatu à travaglià nantu à a creazione di un vestitu elettro-idraulicu chì sustene l'eserciziu umanu. A cullaburazione cù l'armata nantu à u prughjettu Man Augmentation hà purtatu à u sviluppu di l'Hardiman (2). U scopu di u prugettu era di creà un vestitu chì imita i movimenti naturali di l'omu, chì li permette di elevà oggetti chì pesanu quasi 700 kg. U vestitu stessu pesava u stessu, ma u pesu tangible era solu 20 kg.

2. Scambiatore di calore prototipu General Electric

Malgradu u successu di u prugettu, hè stata chì a so utilità era insignificante, è e copie iniziali seranu caru. E so opzioni di mobilità limitata è u sistema di putenza cumplessu anu eventualmente resu inutilizabili questi dispositi. Duranti a prova, hè risultatu chì Hardiman pò alzà solu 350 kg, è cù l'usu prolongatu hà una tendenza à movimenti periculosi, senza coordinazione. Da u sviluppu di u prototipu, solu un bracciu hè statu abbandunatu - u dispusitivu pisava circa 250 kg, ma era cum'è impracticable cum'è l'exoskeleton precedente.

70ini. "A causa di a so dimensione, pesu, inestabilità è prublemi di putenza, l'Hardiman ùn hè mai andatu in pruduzzione, ma l'industriale Man-Mate hà utilizatu una tecnulugia di l'anni 60. I diritti di a tecnulugia sò stati compru da Western Space and Marine, fundata da unu di l'ingegneri GE. U pruduttu hè statu più sviluppatu è oghje esiste in a forma di un grande bracciu roboticu chì pò elevà sin'à 4500 XNUMX kg usendu feedback di forza, facendu ideale per l'industria siderurgica.

3. Exoskeletons custruiti à l'Istitutu Mihailo Pupin in Serbia.

1972 - I primi esoscheletri attivi è roboti umanoidi sò stati sviluppati à l'Istitutu Mihailo Pupin in Serbia da un gruppu guidatu da u prof. Miomir Vukobratovich. Prima, i sistemi di movimentu di e gambe sò stati sviluppati per sustene a riabilitazione di e persone chì soffrenu di paraplegia (3). Quandu u sviluppu di esoscheletri attivi, l'istitutu hà ancu sviluppatu metudi per analizà è cuntrullà a andatura umana. Arcuni di sti progressi anu cuntribuitu à u sviluppu di i robot umanoidi d'altu rendiment d'oghje. In u 1972, un exoskeleton pneumaticu attivu cù prugrammazione elettronica per a paralisi di l'estremità inferiori hè statu pruvatu in una clinica ortopedica in Belgrad.

1985 "Un ingegnere di u Laboratoriu Naziunale di Los Alamos custruisce un esoscheletru chjamatu Pitman, armatura di putenza per i fanti. U cuntrollu di u dispusitivu hè basatu nantu à sensors chì scanna a superficia di u craniu, pusatu in un cascu spiciali. Data e capacità di a tecnulugia di u tempu, era un disignu troppu cumplessu per fabricà. A limitazione era principarmenti a putenza insufficiente di l'informatica. Inoltre, l'elaborazione di i segnali di u cervellu è a cunversione in i muvimenti di l'exoskeleton restava tecnicamente praticamente impussibile à quellu tempu.

4. Exoskeleton Lifesuit, cuncepitu da Monty Reed.

1986 - Monty Reed, suldatu di l'Armata di i Stati Uniti chì si fratturava a spina durante u paracadutismo, sviluppa un esoscheletru di vestitu di sopravvivenza (4). Hè statu inspiratu da e descrizzioni di i vestiti di infanterie mobile in u rumanzu di fantascienza di Robert Heinlein Starship Troopers , chì hà lettu mentre si recuperava in l'uspidale. Tuttavia, Reed ùn hà cuminciatu à travaglià nant'à u so dispusitivu finu à u 2001. In u 2005, hà pruvatu un prototipu di vestitu di salvezza 4,8 in a corsa di u ghjornu di San Patriziu in Seattle, Washington. U sviluppatore dichjara chì hà stabilitu un record di velocità di marchja in vestiti di robot, chì copre 4 chilometri à una vitezza media di 14 km / h. U prototipu Lifesuit 1,6 hà sappiutu per andà 92 km cumplettamente carica è permessu di elevà XNUMX kg.

1990-presente - U primu prototipu di l'esoscheletru HAL hè statu prupostu da Yoshiyuki Sankai (5), prof. Università di Tsukuba. Sankai hà passatu trè anni - da u 1990 à u 1993 - identificendu i neuroni chì cuntrolanu u muvimentu di e gambe. Pigliò ellu è a so squadra altri quattru anni per prototipà l'equipaggiu. U terzu prototipu HAL, sviluppatu in u principiu di u 22u seculu, era cunnessu à un urdinatore. A batteria stessu pisava quasi 5 kg, chì l'hà fattu assai impraticabile. In cuntrastu, u mudellu HAL-10 più tardi pisava solu 5 kg è hà avutu a bateria è l'urdinatore di cuntrollu avvoltu intornu à a cintura di l'utilizatore. HAL-XNUMX hè attualmente un exoskeleton medicale di quattru membri (ancu se una versione solu per i membri inferiori hè ancu dispunibule) fabricatu da a cumpagnia giapponese Cyberdyne Inc. in cullaburazione cù l'Università di Tsukuba.

5. U prufessore Yoshiyuki Sankai presenta unu di i mudelli exoskeleton.

Funziona circa 2 ore e 40 minuti sia in casa sia fora. Aiuta à elevà oggetti pesanti. U locu di i cuntrolli è cunduce in cuntenituri in u casu hà permessu di sbarazzà di u "backpack" cusì caratteristicu di a maiò parte di l'exoskeletons, à volte s'assumiglia à un grande insetti. E persone cù l'ipertensione, l'osteoporosi è qualsiasi cundizione di u cori duveranu cunsultà un duttore prima di utilizà HAL, è contraindicazioni include, ma ùn sò micca limitati à, un pacemaker è gravidenza. Cum'è parte di u prugramma HAL FIT, u fabricatore offre a pussibilità di utilizà sessioni di trattamentu cù un esoscheletru per i malati è sani. U designer di HAL sustene chì e tappe prossime di l'aghjurnamentu si focalizeghjanu nantu à a creazione di un vestitu sottile chì permetterà à l'utilizatore di muvimenti liberamente è ancu di correre. 

2000 - prof. Homayoun Kazeruni è a so squadra in Ekso Bionics sviluppanu un Carrier Cargo Umanu Universale, o HULC (6) hè un esoscheletru wireless cù un drive idraulicu. U so scopu hè di aiutà i suldati in guerra à portà carichi chì pesanu finu à 90 kg per un bellu pezzu, cù una vitezza massima di 16 km / h. U sistema hè statu svelatu à u publicu à u Simposiu Invernale AUSA u 26 di ferraghju di u 2009, quandu un accordu di licenza hè statu righjuntu cù Lockheed Martin. U materiale dominante utilizatu in stu disignu hè u titaniu, un materiale ligeru ma relativamente caru cù proprietà meccaniche è di forza elevate.

L'esoscheletru hè dotatu di ventose chì permettenu di trasportà oggetti chì pesanu finu à 68 kg (dispositiu di elevazione). L'energia hè furnita da quattru batterie di polimeru di lithium, chì assicuranu u funziunamentu normale di u dispusitivu à una carica ottimale finu à 20 ore. L'exoskeleton hè statu pruvatu in diverse cundizioni di cummattimentu è cù diversi carichi. Dopu una seria di esperimenti successi in a caduta di u 2012, hè statu mandatu in Afganistan, induve hè statu pruvatu durante un cunflittu armatu. Malgradu assai critichi pusitivi, u prugettu hè statu messu in attesa. Comu si girò, u disignu facia difficiuli di fà certi muvimenti è in realtà hà aumentatu a carica nantu à i musculi, chì cuntradite l'idea generale di a so creazione.

2001 - U prugettu Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX), originariamente destinatu principalmente à l'esercitu, hè in corso. In u so quadru, i risultati promettenti sò stati ottenuti in forma di suluzioni autonome d'impurtanza pratica. Prima di tuttu, hè statu creatu un dispositivu roboticu, appiccicatu à u corpu inferjuri per dà à e gammi forza extra. L'equipaggiu hè statu finanziatu da l'Agenzia di Prughjetti di Ricerca Avanzata di Difesa (DARPA) è sviluppatu da u Laboratoriu di Robotica è Ingegneria Umana di Berkeley, una divisione di l'Università di California, Dipartimentu di Ingegneria Meccanica di Berkeley. U sistema di exoskeleton Berkeley dà à i suldati l'abilità di trasportà carichi grandi cù un minimu sforzu è sopra ogni tipu di terrenu, cum'è l'alimentariu, l'equipaggiu di salvezza, i primi aiuti, i cumunicazioni è l'arme. In più di l'applicazioni militari, BLEEX hè attualmente sviluppatu prughjetti civili. U Laboratoriu di Robotica è Ingegneria Umana sta attualmente investigando e seguenti soluzioni: ExoHiker - un esoscheletru cuncepitu principarmenti per i membri di l'espedizione induve ci hè bisognu di trasportu l'equipaggiu pesante, ExoClimber - equipamentu per e persone chì scalanu alta collina, Medical Exoskeleton - un esoscheletru per e persone cù disabilità. capacità fisiche. disturbi di a mobilità di i membri inferiori.

8. Prototype Sarcos XOS 2 in azzione

u testu

2010 - XOS 2 appare (8) hè una continuazione di l'exoskeleton XOS da Sarcos. Prima di tuttu, u novu disignu hè diventatu più liggeru è più affidabile, chì permette di elevà carichi chì pesanu finu à 90 kg in statica. U dispusitivu s'assumiglia à un cyborg. U cuntrollu hè basatu annantu à trenta attuatori chì agiscenu cum'è articuli artificiali. L'exosqueletru cuntene parechji sensori chì trasmettenu signali à l'attuatori via un urdinatore. In questu modu, u funziunamentu lisu è cuntinuu si svolge, è l'utilizatore ùn si sente micca sforzu significativu. U pesu di XOS hè 68 kg.

2011-presente - A Food and Drug Administration di i Stati Uniti (FDA) appruva l'esoscheletru medicale ReWalk (9). Hè un sistema chì usa elementi di forza per rinfurzà e gammi è permette à e persone cun paralisi di stà drittu, caminari è cullà e scale. L'energia hè furnita da una batteria di backpack. U cuntrollu hè realizatu cù un simplice telecomando manuale chì rileva è corregge i muvimenti di l'utilizatori. Tuttu hè statu cuncepitu da Amit Goffer d'Israele è hè vendutu da ReWalk Robotics Ltd (originariamente Argo Medical Technologies) per circa PLN 85. dollari.

9 persone camminanu in ReWalk esoscheletri

À u mumentu di a liberazione, l'equipaggiu era dispunibule in duie versioni - ReWalk I è ReWalk P. U primu hè utilizatu da l'istituzioni medichi per a ricerca o scopi terapeutichi sottu a tutela di un prufessiunale medico. ReWalk P hè destinatu à l'usu persunale da i pazienti in casa o in spazii publichi. In ghjennaghju 2013, una versione aghjurnata di ReWalk Rehabilitation 2.0 hè stata liberata. Questu hà migliuratu l'adattazione per e persone più alte è hà migliuratu u software di cuntrollu. ReWalk richiede à l'utilizatori di utilizà crutches. E malatie cardiovascular è a fragilità di l'osse sò citati cum'è contraindicazioni. A limitazione hè ancu a crescita, in 1,6-1,9 m, è u pesu di u corpu finu à 100 kg. Questu hè l'unicu exoskeleton in quale pudete guidà una vittura.

10. Ex Bionics eLEGS

2012 Ekso Bionics, anciennement connu sous le nom de Berkeley Bionics, dévoile son exosquelette médical. U prughjettu hà iniziatu dui anni prima sottu u nome eLEGS (10), è era destinatu à a riabilitazione di e persone cù varii gradi di paralisi. Cum'è ReWalk, a custruzzione richiede l'usu di crutches. A bateria furnisce energia per almenu sei ore di usu. Exo set costa circa 100 mila. dollari. In Pulonia, hè cunnisciutu u prughjettu di l'exoskeleton Ekso GT, un dispositivu medicale pensatu per travaglià cù i malati neurologichi. U so design permette di caminari, cumpresi i persone dopu à i pizzichi, i feriti di a spina, i malati cù l'esclerosi multipla o cù u sindromu di Guillain-Barré. L'equipaggiu pò esse operatu in parechji modi diffirenti, secondu u gradu di disfunzione di u paci.

2013 - Mindwalker, un prughjettu di esoscheletru cuntrullatu da a mente, riceve finanziamentu da l'Unione Europea. U disignu hè u risultatu di una cullaburazione trà i scientisti di l'Università Libera di Bruxelles è a Fundazione Santa Lucia in Italia. I circadori anu pruvatu diverse manere di cuntrullà u dispusitivu - crèdenu chì l'interfaccia cervellu-neuro-computer (BNCI) funziona megliu, chì vi permette di cuntrullà cù pinsamenti. I signali passanu trà u cervellu è l'urdinatore, sguassendu a spina. Mindwalker converte i signali EMG, vale à dì, picculi putenziali (chjamati miopotenziali) chì appariscenu nantu à a superficia di a pelle di una persona quandu i musculi travaglianu, in cumandamenti di u muvimentu elettronicu. L'exoskeleton hè abbastanza ligeru, pisendu solu 30 kg senza batterie. Supporta un adultu chì pesa finu à 100 kg.

2016 - L'Università Tecnica ETH in Zurich, Svizzera, ospita a prima competizione sportiva di Cybathlon per e persone cù disabilità chì utilizanu robots assistivi. Una di e discipline era a corsa di l'exoskeleton nantu à una corsa d'ostaculi per e persone cun paralisi di l'estremità inferiori. In questa dimustrazione di cumpetenze è tecnulugia, l'utilizatori di l'exoskeleton anu da esse realizatu cumpetenze cum'è à pusà nantu à un divano è alzà, camminendu nantu à i pendii, scaccià nantu à e rocce (cum'è quandu attraversà un fiume di muntagna pocu prufonda), è cullà e scale. Risultava chì nimu ùn era capaci di ammaistrà tutti l'esercizii, è pigliò i squadre più veloci più di 50 minuti per compie u percorsu d'ostaculi di 8 metri. U prossimu avvenimentu averà fattu in 2020 cum'è un indicatore di u sviluppu di a tecnulugia exoskeleton.

2019 - Durante e manifestazioni d'estate à u Commando Training Center in Lympston, u Regnu Unitu, Richard Browning, inventore è CEO di Gravity Industries, hà dimustratu u so jet suit exoskeleton Daedalus Mark 1, chì hà fattu una grande impressione nantu à l'armata, è micca solu i britannichi. Sei picculi mutori di jet - dui di elli sò stallati à u spinu è dui in forma di pariglii supplementari nantu à ogni bracciu - permettenu di cullà à una altezza di sin'à 600 m. Finu à avà, ci hè solu abbastanza carburante per 10 minuti di volu...