Setengah abad setelah dimulainya pekerjaan di bidang eksoskeleton, sampel pertama dari peralatan ini siap untuk bekerja penuh. Lockheed Martin baru-baru ini sesumbar bahwa proyek HULC (Human Universal Load Carrier)-nya tidak hanya diuji di lapangan dengan Pentagon, tetapi juga siap untuk produksi serial. HULC exoskeleton sekarang "bernafas di belakang" oleh beberapa proyek serupa dari perusahaan lain. Tetapi kelimpahan desain seperti itu tidak selalu.
Sebenarnya, ide untuk membuat perangkat apa pun yang dapat dikenakan oleh seseorang dan secara signifikan meningkatkan kualitas fisiknya muncul pada paruh pertama abad terakhir. Namun, sampai waktu tertentu itu hanyalah anggapan lain dari para penulis fiksi ilmiah. Pengembangan sistem yang dapat diterapkan secara praktis baru dimulai pada akhir tahun lima puluhan. General Electric, di bawah naungan militer AS, meluncurkan proyek bernama Hardiman. Tugas teknisnya berani: kerangka luar dari GE seharusnya memungkinkan seseorang untuk beroperasi dengan beban yang beratnya mencapai satu setengah ribu pound (sekitar 680 kilogram). Jika proyek ini berhasil diselesaikan, kerangka luar Hardiman akan memiliki prospek yang bagus. Jadi, militer bermaksud menggunakan teknologi baru untuk memudahkan pekerjaan pembuat senjata di angkatan udara. Selain itu, ilmuwan nuklir, pembangun, dan perwakilan dari banyak industri lain "sejalan". Tetapi bahkan sepuluh tahun setelah dimulainya program, para insinyur General Electric belum mampu menerjemahkan segala sesuatu yang dikandung menjadi logam. Beberapa prototipe dibangun, termasuk lengan mekanik yang berfungsi. Cakar besar Hardymen bertenaga hidrolik dan dapat mengangkat beban 750 pon (sekitar 340 kg). Atas dasar satu "sarung tangan" yang bisa diterapkan, dimungkinkan untuk membuat yang kedua. Tetapi para desainer menghadapi masalah lain. "Kaki" mekanis dari kerangka luar tidak ingin bekerja dengan baik. Prototipe Hardiman dengan satu lengan dan dua kaki penyangga beratnya di bawah 750 kilogram, sedangkan kapasitas desain maksimumnya kurang dari beratnya sendiri. Karena berat ini dan kekhasan pemusatan kerangka luar, ketika mengangkat beban, seluruh struktur sering mulai bergetar, yang menyebabkan penggulingan beberapa kali. Dengan ironi pahit, penulis proyek menyebut fenomena ini "tarian mekanis St. Vitus". Tidak peduli seberapa keras para perancang General Electric berjuang, mereka tidak berhasil mengatasi keselarasan dan getaran. Pada awal tahun 70-an, proyek Hardiman ditutup.
Pada tahun-tahun berikutnya, pekerjaan ke arah eksoskeleton menjadi tidak aktif. Dari waktu ke waktu, berbagai organisasi mulai berurusan dengan mereka, tetapi hampir selalu hasil yang diinginkan tidak mengikuti. Pada saat yang sama, tujuan membuat kerangka luar tidak selalu digunakan untuk keperluan militer. Pada tahun 70-an, karyawan Institut Teknologi Massachusetts, tanpa banyak keberhasilan, mengembangkan peralatan kelas ini, yang dirancang untuk rehabilitasi orang cacat dengan cedera pada sistem muskuloskeletal. Sayangnya, pada saat itu, para insinyur juga menghalangi sinkronisasi berbagai bagian setelan itu. Perlu dicatat bahwa eksoskeleton memiliki sejumlah fitur karakteristik yang tidak membuat pembuatannya sedikit lebih mudah. Dengan demikian, peningkatan yang signifikan dalam kemampuan fisik operator manusia membutuhkan sumber energi yang sesuai. Yang terakhir, pada gilirannya, meningkatkan dimensi dan bobot mati seluruh peralatan. Halangan kedua terletak pada interaksi orang dan kerangka luar. Prinsip pengoperasian peralatan tersebut adalah sebagai berikut: seseorang melakukan gerakan apa pun dengan lengan atau kakinya. Sensor khusus yang terkait dengan anggota tubuhnya menerima sinyal ini dan mengirimkan perintah yang sesuai ke elemen penggerak - mekanisme hidrolik atau listrik. Bersamaan dengan dikeluarkannya perintah, sensor yang sama ini memastikan bahwa pergerakan manipulator sesuai dengan pergerakan operator. Selain menyinkronkan amplitudo gerakan, para insinyur dihadapkan pada masalah waktu. Intinya adalah bahwa setiap mekanik memiliki waktu reaksi tertentu. Oleh karena itu, harus diminimalkan untuk tujuan kenyamanan yang cukup dalam menggunakan exoskeleton. Dalam kasus eksoskeleton kecil dan kompak, yang sekarang sedang ditekankan, sinkronisasi gerakan manusia dan mesin memiliki prioritas khusus. Karena kerangka luar yang kompak tidak memungkinkan peningkatan permukaan pendukung, dll., mekanik yang tidak punya waktu untuk bergerak dengan orang tersebut dapat mempengaruhi penggunaan. Misalnya, gerakan "kaki" mekanis yang tidak tepat waktu dapat menyebabkan fakta bahwa seseorang kehilangan keseimbangan dan jatuh. Dan ini jauh dari semua masalah. Jelas, kaki manusia memiliki derajat kebebasan yang lebih sedikit daripada tangan, belum lagi tangan dan jari.
Sejarah terbaru exoskeleton militer dimulai pada tahun 2000. Kemudian lembaga Amerika DARPA memprakarsai dimulainya program EHPA (Exoskeletons for Human Performance Augmentation - Exoskeletons for meningkatkan kinerja manusia). Program EHPA adalah bagian dari proyek Land Warrior yang lebih besar untuk menciptakan tampilan prajurit masa depan. Namun, pada tahun 2007, Land Warrior dibatalkan, tetapi bagian kerangka luarnya dilanjutkan. Tujuan dari proyek EHPA adalah untuk menciptakan apa yang disebut. exoskeleton lengkap, yang termasuk amplifier untuk lengan dan kaki manusia. Pada saat yang sama, tidak ada senjata atau reservasi yang diperlukan. Pejabat yang bertanggung jawab atas DARPA dan Pentagon sangat menyadari bahwa keadaan saat ini di bidang eksoskeleton tidak memungkinkan untuk melengkapi mereka dengan fungsi tambahan. Oleh karena itu, kerangka acuan untuk program EHPA hanya menyiratkan kemungkinan pengangkutan jangka panjang oleh seorang prajurit dalam kerangka luar beban dengan berat sekitar 100 kilogram dan peningkatan kecepatan gerakannya.
Sacros dan Universitas Berkeley (AS), serta Sistem Cyberdyne Jepang, menyatakan keinginan mereka untuk berpartisipasi dalam pengembangan teknologi baru. Dua belas tahun telah berlalu sejak dimulainya program, dan selama ini komposisi peserta telah mengalami beberapa perubahan. Sacros kini telah menjadi bagian dari perhatian Raytheon, dan departemen universitas bernama Berkeley Bionics telah menjadi divisi dari Lockheed Martin. Dengan satu atau lain cara, sekarang ada tiga eksoskeleton prototipe yang dibuat di bawah program EHPA: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL dan Raytheon XOS.
Eksoskeleton pertama yang terdaftar - HULC - tidak sepenuhnya memenuhi persyaratan DARPA. Faktanya adalah bahwa konstruksi 25 kilogram hanya berisi sistem penyangga punggung dan "kaki" mekanis. Dukungan tangan tidak diterapkan di HULC. Pada saat yang sama, kemampuan fisik operator HULC meningkat karena fakta bahwa melalui sistem pendukung belakang, sebagian besar beban pada lengan ditransfer ke elemen kekuatan kerangka luar dan akhirnya "masuk" ke tanah. Berkat sistem yang diterapkan, seorang prajurit dapat membawa hingga 90 kilogram kargo dan pada saat yang sama mengalami beban yang memenuhi semua standar tentara. HULC ditenagai oleh baterai lithium-ion yang bertahan hingga delapan jam. Dalam mode ekonomis, seseorang dalam kerangka luar dapat berjalan dengan kecepatan 4-5 kilometer per jam. Kecepatan maksimum yang mungkin dari HULC adalah 17-18 km / jam, tetapi mode pengoperasian sistem ini secara signifikan mengurangi waktu pengoperasian dari satu pengisian daya baterai. Di masa depan, Lockheed Martin berjanji untuk melengkapi HULC dengan sel bahan bakar, yang kapasitasnya akan cukup untuk satu hari operasi. Selain itu, dalam versi berikutnya, para desainer berjanji untuk tangan "robot", yang secara signifikan akan meningkatkan kemampuan pengguna kerangka luar.
Raytheon sejauh ini telah menghadirkan dua kerangka luar yang agak mirip dengan indeks XOS-1 dan XOS-2. Mereka berbeda dalam parameter berat dan ukuran dan, sebagai hasilnya, dalam sejumlah karakteristik praktis. Berbeda dengan HULC, keluarga XOS dilengkapi dengan sistem bantuan tangan. Kedua eksoskeleton ini dapat mengangkat sekitar 80-90 kilogram dari beratnya sendiri. Patut dicatat bahwa desain kedua XOS memungkinkan Anda untuk memasang berbagai manipulator pada lengan mekanis. Perlu dicatat bahwa XOS-1 dan XOS-2 memiliki konsumsi daya yang signifikan sejauh ini. Karena itu, mereka belum otonom dan membutuhkan catu daya eksternal. Dengan demikian, kecepatan perjalanan maksimum dan masa pakai baterai tidak diragukan lagi. Namun, menurut Raytheon, kebutuhan daya kabel tidak akan menjadi kendala bagi penggunaan XOS di gudang atau pangkalan militer yang memiliki sumber listrik yang memadai.
Sampel ketiga dari program EHPA adalah Cyberdyne HAL. Hari ini, versi HAL-5 relevan. Eksoskeleton ini sampai batas tertentu merupakan campuran dari dua yang pertama. Seperti HULC, dapat digunakan secara mandiri - baterai bertahan selama 2,5-3 jam. Dengan keluarga XOS, pengembangan Cyberdyne Systems disatukan oleh "kelengkapan" desain: termasuk sistem pendukung untuk kedua lengan dan kaki. Namun, daya dukung HAL-5 tidak melebihi beberapa puluh kilogram. Situasinya mirip dengan kualitas kecepatan perkembangan ini. Faktanya adalah bahwa desainer Jepang tidak berfokus pada penggunaan militer, tetapi pada rehabilitasi orang cacat. Jelas, pengguna seperti itu tidak membutuhkan kecepatan tinggi atau kapasitas beban. Oleh karena itu, jika militer tertarik pada HAL-5 dalam kondisinya saat ini, akan dimungkinkan untuk membuat kerangka luar baru atas dasar itu, yang dipertajam untuk penggunaan militer.
Dari semua opsi untuk eksoskeleton menjanjikan yang diajukan ke kompetisi EHPA, hanya HULC yang sejauh ini telah mencapai pengujian bersama dengan militer. Sejumlah fitur proyek lain masih tidak memungkinkan untuk memulai uji coba lapangan mereka. Pada bulan September, beberapa kit HULC akan dikirim dalam beberapa bagian untuk mempelajari fitur kerangka luar dalam kondisi nyata. Jika semuanya berjalan lancar, produksi skala besar akan dimulai pada 2014-15.
Sementara itu, para ilmuwan dan desainer akan memiliki konsep dan desain yang lebih baik. Inovasi yang paling dinanti di bidang exoskeletons adalah sarung tangan robotik. Manipulator yang ada belum terlalu nyaman untuk menggunakan alat dan objek serupa yang dimaksudkan untuk penggunaan manual. Selain itu, pembuatan sarung tangan semacam itu dikaitkan dengan sejumlah kesulitan. Secara umum, mereka mirip dengan rakitan eksoskeleton lainnya, tetapi dalam kasus ini, masalah sinkronisasi diperburuk oleh sejumlah besar elemen mekanis, fitur gerakan tangan manusia, dll. Langkah selanjutnya dalam pengembangan eksoskeleton adalah pembuatan antarmuka neuroelektronik. Sekarang pergerakan mekanik dikendalikan oleh sensor dan servo drive. Lebih nyaman bagi para insinyur dan ilmuwan adalah penggunaan sistem kontrol dengan elektroda yang menghilangkan impuls saraf manusia. Antara lain, sistem seperti itu akan mengurangi waktu reaksi mekanisme dan, sebagai hasilnya, meningkatkan efisiensi seluruh kerangka luar.
Berkenaan dengan aplikasi praktis, selama setengah abad terakhir, pandangan tentangnya hampir tidak berubah. Militer masih dianggap sebagai pengguna utama sistem yang menjanjikan. Mereka dapat menggunakan kerangka luar untuk operasi bongkar muat, menyiapkan amunisi, dan di samping itu, dalam situasi pertempuran, untuk meningkatkan kemampuan para pejuang. Perlu dicatat bahwa daya dukung eksoskeleton akan berguna tidak hanya untuk militer. Meluasnya penggunaan teknologi yang memungkinkan seseorang meningkatkan kemampuan fisiknya secara signifikan dapat mengubah wajah semua logistik dan transportasi kargo. Misalnya, waktu pemuatan semitrailer kargo tanpa adanya forklift akan berkurang puluhan persen, yang akan meningkatkan efisiensi seluruh sistem transportasi. Akhirnya, eksoskeleton yang dikendalikan saraf akan membantu penyandang disabilitas untuk menjalani kehidupan yang utuh kembali. Selain itu, harapan besar disematkan pada antarmuka neuroelektronik: jika terjadi cedera tulang belakang, dll. Pada cedera, sinyal dari otak mungkin tidak mencapai area tubuh tertentu. Jika kita "mencegat" mereka ke area saraf yang rusak dan mengirimkannya ke sistem kontrol exoskeleton, maka orang tersebut tidak akan lagi dikurung di kursi roda atau tempat tidur. Dengan demikian, perkembangan militer sekali lagi dapat meningkatkan kehidupan tidak hanya militer. Hanya untuk saat ini, membuat rencana besar, Anda harus ingat tentang operasi percobaan eksoskeleton Lockheed Martin HULC, yang akan dimulai hanya pada musim gugur. Berdasarkan hasilnya, adalah mungkin untuk menilai prospek seluruh industri dan minatnya dari pengguna potensial.
