Экзоскелет – это мобильный носимый механизм, который предназначен для восстановления функций человеческих конечностей и расширения их физических возможностей.
Сферы применения экзоскелетов расширяются. Самыми распространенными областями использования являются медицина, промышленность и военное дело.
Применение экзоскелетов в медицине: экзоскелет для инвалидов, экзоскелет для реабилитации
Разработка медицинских экзоскелетов имеет большую социальную значимость. Роботы-экзоскелеты позволяют в разы ускорить реабилитацию пациентов после перенесенных травм и операций, снизив риск развития осложнений.
Пациенты носят «костюм» несколько часов в день. Он обеспечивает снижение нагрузки и осуществление конечностями тех движений, которые самостоятельно человек сделать не может в силу комплекса причин.
Экзоскелет для инвалидов представляет собой особый тренажер, который удерживает тело человека в вертикальном положении, при этом приводя в действие механизмы, заставляющие обездвиженные конечности осуществлять простейшие движения.
Благодаря этому мозг пациента формирует определенную модель движения, которую по прошествии длительного периода обучения может начать воспроизводить самостоятельно.
Даже если экзоскелет для инвалида не справляется с задачей полного восстановления работоспособности конечностей, потерявших активность, обеспечение вертикального положения и возможность передвижения позволяют повысить качество жизни пациентов.
Промышленный экзоскелет
Промышленные предприятия внедряют экзоскелеты с целью предотвращения производственных травм, развития производственных заболеваний, а также для повышения выносливости и производительности труда работников.
Распространены пассивные устройства, которые снимают повышенную нагрузку с опорно-двигательного аппарата для минимизации риска получения травм, а также активные промышленные экзоскелеты, берущие на себя большую часть нагрузки и представляющие пользователям дополнительные возможности.
Боевой экзоскелет
В военной сфере роботизированные носимые комплексы позволяют повысить эффективность выполнения задач.
Боевые экзоскелеты являются частью экипировки солдат и повышают их скорость, ловкость, силу, выносливость, могут хранить в себе устройства для навигации, разведки и так далее.
Как правило, они представляют собой носимые роботизированные комплексы активного типа. Создаются устройства с переменным режимом работы в зависимости от необходимых в определенный период времени функций – активным и пассивным.
Механизм робота-экзоскелета
Основой конструкции экзоскелета является металлический или произведенный из легких прочных полимеров корпус.
Как правило, экзоскелеты для нижних конечностей производятся именно из металла. Хоть они и имеют вес, равный нескольким десяткам килограмм, пользователь этого не ощущает.
Приведение устройства в движение осуществляется при помощи электроники и системы датчиков, регистрирующих электрическую активность мышц.
Регулировочный механизм робота-экзоскелета позволяет менять его размер в соответствии с индивидуальными особенностями тела пользователя для повышения комфорта использования.
Увеличению доступности экзоскелетов во многом способствует внедрение материалов, повышающих срок их службы – антифрикционных твердосмазочных покрытий.
Такие составы уже успешно применяются отечественными компаниями по производству экзоскелетов. Они формируют на деталях экзоскелетов прочный слой, снижающий трение без необходимости обновления. Благодаря этому подвижные детали, которые обычно подвергаются самому интенсивному износу и первыми выходят из строя, функционируют столько же, сколько и остальные компоненты, а иногда и дольше.
Например, покрытие MODENGY 1066 наносится на регулировочные пластины экзоскелетов, поверхность которых при перемещении в процессе регулирования размера экзоскелета подвергается сильному трению и износу. Применение материала позволило продлить срок службы пластин.
Кроме того, важным преимуществом твердой смазки является сухая текстура, нетоксичность и отсутствие испарений. Используемые ранее смазки пачкали одежду и части тела пользователей, а также оказывали негативное влияние на их здоровье из-за вредных испарений.
Для получения энергии активные экзоскелеты оснащаются источниками питания.
Многократное повышение силы пользователя активного экзоскелета достигается за счет сервоприводов, а также пневматики и гидравлики. Эти механизмы робота позволяют повысить прилагаемую силу воздействия оператора, а также увеличить выносливость (так как от человека требуются минимальные усилия).
Для стабильной работы экзоскелета без перекосов и оптимального распределения нагрузки механизм оснащается автоматическими контроллерами.
Механизм робота-экзоскелета пассивного типа основан на базовых законах механики. За счет рычагов и противовесов нагрузка оптимально распределяется между разными частями тела оператора.