Боевые зкзоскелеты позволяют выдерживать колоссальные физические нагрузки, защищать бойца от осколков, а также использовать тяжелое вооружение. Фантастика? Отнюдь. Такая амуниция появится уже в ближайшие годы. Предлагаем вам познакомиться с последними разработками в этой области.

Помните экипировку и амуницию космических рейнджеров в фантастическом экшене 90-х годов прошлого века «Звездный десант»? Бесстрашные пехотинцы в футуристических экзоскилетах, вооруженные крупнокалиберными пулеметами крушили все на своем пути, не давая пощады мерзким жучкам и паучкам. Фантастика? Отнюдь, такие костюмы уже существуют и вот-вот появятся у спецназа США, России и Японии.

Экзоскелет - как все начиналось

Еще в середине прошлого столетия инженерам-конструкторам General Electric, работающим на потребности оборонки и реабилитационной медицины, пришла в голову смелая идея – разработать внешний каркас, который позволил бы оператору свободно переносить грузы весом в 500-700 кг. Причем, рабочие механизмы и система рычагов должна была приводиться в движение от электрического двигателя, запитываемого от переносных аккумуляторов.

Предполагалось, что бойцы, одетые в такие экзоскелеты, смогут выполнять боевые задачи с применением тяжелого вооружения, разворачивать мобильные базы и оперативно переносить большие грузы практически без помощи вспомогательной техники.

Боевой экзоскелет HULC от Lockheed Martin

После серии неудач в 2012 году американцы представили на строгий суд общественности антропоморфный гидравлический экзоскелет HULC . Модель фактически готова к применению в боевых условиях, во всяком случае, в том же 2012 году несколько комплектов HULC якобы отправили в горячие точки для активных испытаний.

Последние модели HULC оснащены механической рукой, способной справляться на отлично с тяжелым 12,7-мм пулеметом. Из защиты отметим бронещит, крепящийся к титановому каркасу конструкции. Механика и батарея позволяет легко переносить 70-кг грузы в течение 7-8 часов без подзарядки. И все это при максимальной скорости передвижения в 18 км/ч!

Медицинский экзоскелет Cyberdyne HAL от Cyberdyne Systems

Один из лучших на сегодняшний день концептов экзоскелета от неутомимых японцев. Общий вес модуля составляет всего 23 кг, в рабочем режиме конструкция может работать 2 часа 40 минут без подзарядки от лития-ионного аккумулятора. Cyberdyne HAL предназначен для повышения мускульных усилий оператора и может успешно использоваться для помощи престарелым, реабилитации раненных или же для переноски тяжестей во время разгрузо-погрузочных операциях. О военных испытаниях модели пока не сообщалось, но такой сценарий использования Cyberdyne HAL в близлежащей перспективе не исключается.

Экзоскелет уже есть в открытой продаже, его рыночная стоимость – 4200 тысяч долларов США.

Экзоскелет «Боец-21» от оборонки РФ

«Боец-21» - отечественный ответ на наиболее успешные западные разработки HULC и Cyberdyne HAL. Концепт этого боевого экзоскелета обещают представить уже в 2015 году. Согласно заявлениям разработчиков, «Боец-21» поможет снять основную мышечную нагрузку с пехотинца, защитит его от осколков и нарезного оружия.

Смотрели фильмы а-ля железный человек или грань будущего? Хотели бы такой костюм или хотя бы экзоскелет Российского производства? Экзоскелет это механическое устройство представляющая собой внешний каркас тела человека.
Устройство повторяет биомеханику человека и способна увеличивать подъемную сила, а также восполнять утраченные функции например ходьбу. Да, уже существуют экзоскелета способные вернуть людям способность ходить.
В ближайшем будущем экзоскелета будет классифицироваться на сферы в которых они будут применяться:

Военная сфера

Наиболее передовые военные образцы показывает нам вооруженные силы США. Экзоскелеты способны заменять или усиливать физические способности бойцов, будут являться сильным преимуществом в борьбе с врагом.

Медицинская сфера

Экзоскелеты созданные для людей с проблемами опорно-двигательного аппарата. Данные модификации способны помочь людям, которые утратили способность ходить в связи с травмой спинного мозга или перенёсшие инсульт.

Видео о прототипе «ЭкзоАтлет»:

Рабочая сфера

Данные образца будут помогать рабочим совершать операции требующие переносить тяжёлые предметы а также компенсировать устроюсь во время рабочего дня.
До наших дней основной проблемой экзоскелета было несоизмеримая сила которой обладал образец. Любо действие человека в костюме влекло за собой интенсивное движение скелета, не позволяющая сделать мелкую «работу».
Также ещё одной проблемой являлся большой вес костюма.
Российские разработчики также представили миру опытны образец в 2016 году. Проект носит название ExoAtlet. Группа ученых и инженеров разработала данный прототипа для медицинской сферы. С помощью него команда ученых будут помогать людям проходить реабилитацию и адаптацию в связи с нарушением функций нижних конечностей. Последняя Версия носит название — «ExoAtlet Albert».

Американский Экзоскелет «Talos»

Армия США берет на вооружение бронированный костюм TALOS, (Аббревиатура расшифровывается как Tactical Assault Light Operator Suit) который повысит безопасность и увеличит боевой потенциал бойца. Американцы сделали ставку на качественное превосходство, совершенствуя человеческий потенциал за счет роботов. Над прототипом трудится компания SOCOM, а вместе с ней пол сотни корпораций, 16 госагенств, 13 университетов и десяток лабораторий.
Экзоскелет изготовлен из жидкого керамического состава, который в момент выстрела по костюмы, регенерирует «рану» покрывая ее новой оболочкой. Профессор Гарет Мак Кинли заявил, что внешний каркас обеспечит сверхсилу (на данный момент вес амуниции американского солдата составляет 34 кг), повысить мобильность и скорость индивида. Уникальный встраиваемый модуль, получивший название Q-Warrioir поможет бойцам видеть картинку боя в любых боевых условиях, не снимая шлема.

Фотографии и видео костюма

Солдаты объединенной армии Земли из фантастического боевика «Грань будущего», облаченные в устрашающие боевые экзоскелеты, вскоре могут сойти с киноэкрана в обычную жизнь. Точнее - в реальные войны.

Герой этого блокбастера, американский майор Кейдж в исполнении Тома Круза, сражается против монстров инопланетной расы в эффектном роботизированном каркасе, как будто срисованном с популярных аниме и фантастических комиксов. Однако, как обещают военные, в течение ближайших пяти – десяти лет в распоряжении вооруженных сил России, США, стран Европы, Японии и Китая может появиться целая линейка таких военных экзоскелетов – футуристических устройств, которые сделают солдат неутомимыми и неуязвимыми.

Возможности робокостюмов, если верить их разработчикам, в перспективе почти безграничны. Для начала, как предполагается, солдаты недалекого будущего в экзоскелетах смогут поднимать тяжести до 450 кг и переносить груз (в том числе тяжелое вооружение) весом до центнера в течение нескольких часов во время двадцатикилометрового марша со средней скоростью более 7 км/ч и с возможностью кратковременных ускорений в 4 раза. А еще - перепрыгивать через препятствия высотой и длиной в несколько метров, выдерживать атаки химического и биологического оружия, радиацию, иное жесткое излучение и высокие температуры.

Каждый чудо-каркас будет оборудован встроенным компьютером, дисплеем и защитным шлемом с возможностью обзора на 360 градусов, а специальная система креплений позволит устанавливать на экзоскелет броню, которая защитит человека от осколков бомб и снарядов, пуль и ударов лазера. При желании на эту конструкцию можно будет навесить любые другие агрегаты и приспособления, вплоть ракет и станковых пулеметов.

В перспективе же военный экзоскелет призван стать симбиозом защитного робокостюма, скафандра астронавта и ходячего арсенала. Помимо прочих боевых задач, эти «костюмы» смогут использоваться для боевых действий в условиях города; там, где требуется большое количество боеприпасов, мощная поражающая сила и «серьезная» бронезащита; в разведывательных и диверсионных операциях по тылам противника - и вообще везде, где обычному солдату не выжить. Система датчиков при этом будет отслеживать состояние здоровья бойца, а также оказывать ему первую помощь при ранениях и травмах.

Но и этого мало. Военные конструкторы уже создают экзоскелеты для боевых действий не только на суше, но и в воде. А особые надежды разработчики возлагают на экзоскелет с двумя реактивными микротурбинами и набором крыльев, управляя которым солдаты смогут летать со скоростью более 100 км/ч, планировать в воздухе и зависать на высоте несколько тысяч метров.

Как все это будет выглядеть в натуре, можно увидеть не только в «Грани будущего», но и многих других фантастических боевиках - «Аватаре», «Звездном десанте», «Районе N 9» и т.д. Хотя полковник Куоритч из «Аватара», строго говоря, управляет не экзоскелетом, а «мехом» – «шагающим танком», боевой машиной, которая пилотируется из кабины, расположенной в торсе или голове огромного механизма. А отважная Эллен Рипли в финале «Чужих» сражается с королевой монстров, находясь внутри шагающего погрузчика (чем не праэкзоскелет?)

Еще в 1959 г. американский фантаст Роберт Хайнлайн опубликовал роман «Звездный десант», впоследствии экранизированный Полом Верховеном, где впервые был описан бронированный скафандр, одевшись в который «звездные рейнджеры» могли бегать, прыгать и летать посредством ракетных двигателей. А наиболее знаменитыми кинопрародителями солдата в экзоскелете стали Железный человек и неутомимый Халк из комиксов Marvel.

За два года появления комиксов о Железном человеке, в 1961-м, американские военные приступили к разработке механической униформы для «человека-танка». Классический принцип, который тогда взяли на вооружение разработчики, воспроизводится и сегодня: экзоскелет отслеживает движения пользователя и, многократно усиливая, повторяет их с помощью встроенных сервоприводов. Чувствительные сенсоры суперкостюма регистрируют мышечные сокращения и передают сигналы на электродвигатели, которые, в свою очередь, увеличивают силу в конечностях человека, а компьютеры и датчики обеспечивают всей конструкции баланс и ориентировку. При этом, хотя моторы реагируют на поступающие сигналы достаточно быстро, человек в экзоскелете все же ощущает заметную задержку движений.

В конце 2000-х в Японии создали экзоскелет, который приводится в движение электрическими сигналами, поступающими через сенсоры, закрепленные на коже, а не в результате сокращений мускулов. А в будущем, как обещают те же японцы, экзоскелеты будут управляться и при помощи мысли.

В 2013 г. в рамках Дня инноваций Министерства обороны РФ в Москве одно из подразделений проекта «ЭкзоАтлет» представило первый действующий образец суперкостюма, адаптированный для штурмовых отрядов и предназначенный для снятия нагрузки с бойцов при переноске штурмового щита. Большая часть веса щита - 35 кг - ложилась на конструкцию экзоскелета, которая была снабжена устройством для фиксации и быстрого снятия щита, что очень важно во время боевых действий. У спецназовца при этом освобождались руки для ведения боя или, скажем, разминирования территории.

Боевая экипировка будущего будет значительно отличаться даже от существующих комплексов индивидуального снаряжения бойца. Комплект снаряжения «Ратник», успешно подтвердивший все реализованные технологические решения в Сирии, .Боевая защита Поколения боевой экипировки весьма относительны. Специалисты говорят, что условности вроде обозначений важны для понимания различий между боевыми комплектами, однако главным для солдата в этом отношении всегда будут оставаться успешное выполнение поставленной задачи и сохранение собственной жизни и здоровья. Только на первый взгляд «Ратник», поступивший в опытно-войсковую эксплуатацию, можно охарактеризовать общим термином «снаряжение». По своей структуре и количеству элементов это скорее комплекс защиты, снаряжение и устройство связи и целеуказания одновременно.

Ключевых элементов в комплекте «Ратник» пять: система поражения - оружие и боеприпасы, система защиты - бронешлемы и бронежилеты, система жизнеобеспечения - специальное снаряжение, форма одежды из специальных трудноповреждаемых материалов, а также система связи, управления и целеуказания.Средства индивидуальной бронезащиты в случае с КБЭ «Ратник» стоит упомянуть отдельно, поскольку именно благодаря им солдат или офицер из любого подразделения может максимально безопасно выполнять поставленные задачи. Модульность системы обеспечивает главное - универсальность применения. Взаимозаменяемые элементы керамической бронезащиты можно переставлять местами в различных комплектах снаряжения.Для каждого рода войск был продуман свой комплект боевой экипировки, спроектированный и созданный с учетом всех особенностей. Так, мотострелки и пехотные подразделения получили свой «Ратник», а спецподразделения - свой. Защиту от мелких осколков, летящих со скорость в 500 м/сек., продумали и для других военных, облаченных в «Ратник»: и танкисты, и разведчики имеют одинаковый уровень защиты. Особо защищенными являются лишь комплекты для саперов, но у такого решения и объяснение довольно простое: задачи этих специалистов требуют не только особых навыков, но и особого снаряжения.

Испытания КБЭ «Ратник» хоть и проводились по всем правилам и законам военной науки, однако многих специалистов долгое время интересовала реальная эффективность средств защиты. Долгожданные данные в рамках пресс-конференции форума «Армия-2017» озвучит генеральный директор ЦНИИточмаша Дмитрий Семизоров. По словам Семизорова, даже при попадании в передряги не было зафиксировано ни одного пробития бронеэлементов. В сухом остатке это значит, что специалисты, носившие «Ратник» в Сирии, спокойно закончат выполнение боевых задач и вернутся домой.Важно понимать, что защита от винтовочных пуль и осколков не дается малой кровью. В случае с большинством бронежилетов отечественного и зарубежного образца ношение СИБЗ (средств индивидуальной бронезащиты) сопровождалось многокилограммовой нагрузкой на тело человека. Некоторые из таких бронежилетов, обеспечивающие безопасность лишь по третьему классу защиты, весили десять, а то и все 15 кг. Бронежилет 6б45 из состава КБЭ «Ратник» без дополнительных бронепанелей защищает оператора по 5А классу и весит при этом всего восемь килограммов. При желании сделать броню мощнее оператору позволят все та же модульная конструкция и бронеплиты от более защищенных бронежилетов, например б643 с классом защиты 6А.Управляющий авиаударом Отдельно войсковые разведчики отметили систему связи и управления «Стрелец», входящую в состав КБЭ «Ратник». Сухопутные войска и подразделения специального назначения первыми стали получать такие неслучайно. Главной особенностью электроники и средств наблюдения и целеуказания КРУС «Стрелец» является возможность оперативной передачи координат от наблюдателя самолетам штурмовой авиации. Отладку процесса «отметил - уничтожил» российские специалисты с большим успехом провели в Сирии. Возможность отправлять данные со снимками местности во многом обеспечивали многофункциональные устройства ПДУ-4, которые, по сути, являются своеобразным армейским мультитулом, совмещая в себе бинокль, лазерный дальномер и портативный фотоаппарат.

Высокое качество передаваемых данных позволяет сделать главное - сократить время на прием/передачу и подтверждение цели, а значит, ускорить ее уничтожение. Авианаводчикам с таким приборам, по словам офицеров, знакомых с системой, остается лишь наблюдать, как начинается штурмовка отмеченных объектов, и затем, спустя некоторое время, отправить в штаб фотоподтверждения попаданий. Командирские планшеты, с которых офицерский состав может управлять подразделением, также защищены практически от всех неприятностей, которые могут случиться в боевых условиях. Электронные компьютеры защищены по стандарту IP68. Первая цифра в этом индексе означает, что устройство пылегрязенепроницаемо, вторая - что даже на глубине до одного метра оно может исправно работать. Однако офицеры подразделений, использовавших электронные планшеты не только для нанесения меток на электронные карты, утверждают, что электронное устройство гораздо устойчивее к внешним воздействиям, чем принято считать.«Если мы говорим об эксплуатации в условиях, далеких от комфортных, то стоит сказать, что устройства выдерживают не только обильные осадки и низкие температуры, но и корректно работают в условиях серьезной жары. Под словом "серьезная" понимается температура от +40 градусов в тени», - сообщили офицеры.

Отдельно офицеры спецподразделений отмечают и систему идентификации «свой - чужой», которая тревожит оператора и привлекает внимание сигнализацией всякий раз, когда в обозначенном секторе появляется неопознанный объект.«Ратник» будущего Несмотря на успешность боевого применения КБЭ «Ратник», перспективы для роста в рамках профильных ОКР имеются немалые. Глава ЦНИИточмаша Дмитрий Семизоров в рамках форума «Армия-2017» рассказал о том, что ведутся работы по формированию облика экипировки будущего, КБЭ «Ратник-3». Несмотря на то что проработку этого вопроса специалисты ЦНИИточмаша планируют завершить до конца 2017 года, о некоторых грядущих изменениях эксперты говорят уже сейчас. По мнению специалистов, работы в рамках ОКР «Ратник-3» неизбежно будут вестись с упором на уменьшение элементной базы всей носимой электроники, с возможностью максимального повышения ее эффективности. Отдельного упоминания в этом вопросе заслуживает и бронешлем, продемонстрированный разработчиками в рамках форума «Армия-2017».Безусловно, это всего лишь концепт, однако уже сейчас понятно, что большинство прицельных и навигационных приборов перейдут из разряда носимой электроники в состав интегрированной. Судя по представленному на форуме «Армия-2017» образцу, уже подверглись значительному пересмотру транспортные системы комплекта. Вероятно, для переноски тяжелого вооружения вроде противотанковых ракетных комплексов или других устройств и грузов. Экзоскелет, по некоторым оценкам, позволит утроить вес носимого снаряжения.

О классах защиты бронепанелей разработчик ничего не сообщает, однако относительно нового бронешлема директор ЦНИИточмаша Дмитрий Семизоров уже раскрыл некоторые подробности. По словам Семизорова, шлем будет обладать интегрированной системой прицеливания, управления и связи. Кроме того, он сможет распознавать объекты на поле боя в системе «свой - чужой». Шлем сможет оценивать физическое состояние бойца, а также выполнять функции противогаза и защищать его от химической и бактериологической атаки.Корпус бронешлема будет выполнен по модульной конструкции из новых материалов. Костюм, в свою очередь, обеспечит защиту всей поверхности тела военнослужащего. В его состав войдут элементы системы оказания медицинской помощи при ранениях, оценки физиологического состояния, предусмотрено модульное баллистическое усиление в местах проекции жизненно важных органов. Костюм, который будет применяться при штурмовых операциях, получит круговое бронирование, добавил Семизоров.

Через 10-15 лет, когда ОКР «Ратник-3» плавно перейдут из эскизов в опытные, а затем и в серийные изделия, станет понятно, насколько сильно изменится облик российского солдата будущего. Вероятно, к тому моменту все средства связи, навигации и передачи данных превратятся в одно-единственное устройство, а круговое бронирование самого костюма позволит бойцам действовать максимально эффективно.

Разорвать воздух на скорости звука и устремиться к горизонту, вытянув руки по швам в своём железном костюме. В мгновение ока оказаться в любой точке земного шара без необходимости стоять в пробке. Летать без крыльев, не будучи на борту самолёта или чего покрепче. Пусть бросит в меня камень тот, кто не хотел оказаться на месте Тони Старка в его звёздные моменты (конечно, в костюме «Железного человека»). Частично эти мечты сумеет реализовать экзоскелет — устройство, который может увеличить способности человека (по большей части физические, мускульную силу) за счет внешнего каркаса. О том, что собой представляет это устройство, какие наработки уже имеются и как технологии будут развиваться в будущем, мы расскажем в этом материале.

От эластипеда до «железного человека»

Наука и технологии — это без преувеличений самая лютая гонка изобретательности человека и природы. Всю свою историю человек пытается переделать мир вокруг себя под свои нужды. Где-то это ему удаётся, часто не без вреда для природы. Где-то приходится подглядывать у неё. И если у большинства беспозвоночных в том или ином виде есть внешний скелет, у человека его нет. Но ведь и крыльев не было? В наше время под экзоскелетом подразумевается механический костюм или его часть до 2-2,5 метра высотой. Дальше идут «мобильные костюмы», меха и другие гигантские человекоподобные роботы. Как и многое другое в нашей жизни, экзоскелеты постепенно перешагивают границу, разделяющую смелые мечты и повседневную жизнь. Будучи изначально просто идеями, концептами, мифами и легендами научной фантастики, сегодня чуть ли не каждую неделю появляются новые варианты экзоскелетов. Первым изобретателем экзоскелета считается русский «инженеръ-механикъ» Николай Фердинандович Ягн, который ещё в 1890-х годах зарегистрировал ряд патентов на эту тему. Он жил в Америке, где, собственно, и патентовал свои чудеса, показывал их на выставках, а по возвращении на родную землю снова изобретал. Его экзоскелет должен был облегчить ходьбу, бег и прыжки в первую очередь, солдат. Уже тогда русский гений предвидел потенциальную военную мощь подобных устройств.

НИКОЛАЙ Фердинандович ЯГН Кроме экзоскелета Ягн разработал охлаждающие занавески, гидромотор, качающийся винт, самовар-стерилизатор и другие устройства

Hardiman

Не будем отрицать, гигантский и необъятный вклад в развитие экзоскелетов внесли фантасты. В 1959 году после нашумевшего романа Роберта Хайнлайна «Звёздный десант» всем стало понятно, что за внешними каркасными костюмами — будущее военных действий и не только. И понеслось. Первый экзоскелет был создан компанией General Electric при поддержке Министерства обороны США в 1960-х годах. Hardiman весил 680 килограммов и мог поднимать грузы весом до 110 килограммов. При всех гигантских амбициях — а его хотели использовать и под водой, и в космосе, и боеголовки таскать, и ядерные стержни — показал он себя не лучшим образом. О нём благополучно забыли.

Отдалённо напоминающее экзоскелеты устройство «педомотор» изобретателя Лесли С. Келли, разработанное в 1917 году

Девять лет спустя Миомир Вукобратович из югославского Белграда показал первый силовой шагающий экзоскелет, задача которого была давать людям с параличом нижних конечностей возможность шагать. В основе устройства лежал пневмопривод. Советские учёные из Центрального института травматологии и ортопедии имени Н. Н. Приорова проявили первые инициативы по разработке экзоскелетов совместно с югославскими коллегами на основе работ именно Вукобратовича. Но с началом перестройки проекты были закрыты, а о секретных подпольных разработках экзоскелетов данных нет. Зато с освоением космоса всё было хорошо. В разное время в разных странах умельцы пытались сделать экзоскелеты самого разного назначения, но в силу самых разных препятствий (о которых мы ещё поговорим) удавалось это в край плохо. Нехватка энергоносителей, медленный рост научно-технического прогресса, развития материаловедения и прочих смежных наук, а также развитие компьютерных вычислений и кибернетики, волна которых поднялась только лет 30 назад, — всё это тормозило развитие экзоскелетов. Без всяких сомнений, это сложнейшие технологии, которые людям ещё предстоит освоить.

Проблемы экзоскелетов

На этой планете не так много материалов, из которых можно сделать жесткий каркас и который не усугубит дело своим весом. Во всяком случае, их было не много, но с учетом космических полетов, военных наработок, развития материаловедения, нанотехнологий и еще десятка-другого интересных сфер, человечество постепенно берет один барьер за другим. В начале 21 века интерес к экзоскелетам разгорелся с недюжинной силой и продолжает гореть до сих пор. Но сначала поговорим об основных проблемах, с которыми сталкиваются создатели экзоскелетов. Если разложить гипотетический экзоскелет на составляющие, у нас будут: источник питания, механический скелет и программное обеспечение. И если с двумя последними пунктами вроде бы все ясно и проблем почти не осталось, то источник питания — это серьезная проблема. Имея нормальный источник питания, инженеры могли бы не просто создать экзоскелет, а еще и объединить его со скафандром и реактивным ранцем. Получился бы костюм «Железного человека», наверное, но новый Тони Старк пока не явился.

Питание Любой из компактных источников питания на сегодняшний день может обеспечить экзоскелету лишь несколько часов автономной работы. Дальше — зависимость от провода. У неперезаряжаемых и аккумуляторных батарей есть свои ограничения вроде необходимости замены или медленной зарядки, соответственно. Двигатели внутреннего сгорания должен быть слишком надежным, но не особо компактным. К тому же, в последнем случае понадобится дополнительная система охлаждения, а сам двигатель внутреннего сгорания сложно настроить на моментальный выброс большого количества энергии. Электрохимические топливные элементы могут быстро заправляться жидким топливом (например, метанолом) и давать нужный и моментальный выброс энергии, но работают при крайне высоких температурах. 600 градусов по Цельсию — относительно низкая температура для такого источника питания. С ним «железный человек» превратится в хот-дог. Как ни странно, наиболее возможным вариантом решения топливного вопроса для экзоскелетов будущего может стать самый невозможный: беспроводная передача энергии. Она могла бы решить массу вопросов, ведь ее можно передавать из сколь угодно большого реактора (и ядерного, в том числе). Но как? Вопрос открыт.

Каркас. Первые экзоскелеты делались из алюминия и стали, недорогих и простых в использовании. Но сталь слишком тяжелая, а экзоскелет обязательно должен работать и над тем, чтобы поднять свой собственный вес. Соответственно, при большом весе костюма его эффективность упадет. Алюминиевые сплавы — достаточно легкие, но накапливают усталость, а значит не особо подходят для высоких нагрузок. Инженеры находятся в поисках легких и прочных материалов, вроде титана или углеродного волокна. Они неизбежно будут дорогими, но обеспечат эффективность экзоскелета. Особую проблему представляют приводы. Стандартные гидравлические цилиндры достаточно мощные и могут работать с высокой точностью, но тяжелые и требуют наличия кучи шлангов и трубок. Пневматика, напротив, слишком непредсказуема в плане обработки движений, поскольку сжатый газ пружинит, а реактивные силы будут толкать приводы. Впрочем, разрабатываются новые сервоприводы на электронной основе, которые будут использовать магниты и обеспечивать отзывчивые движения, потребляя минимум энергии и будучи небольшими. Можете сравнить это с переходом от паровозов к поездам. Отметим еще гибкость, которая должна быть у суставов, но здесь проблемы экзоскелетов могут решить разработчики скафандров. Они же помогут разобраться с адаптацией костюма к размерам носителя.

Управление Особую проблему при создании экзоскелета представляет управление и регулировка чрезмерных и нежелательных движений. Нельзя просто так взять и сделать экзоскелет с одной скоростью реакции каждого из членов. Такой механизм может быть слишком быстрым для пользователя, а слишком медленным его не сделаешь — неэффективно. С другой стороны, нельзя положиться на пользователя и доверить датчикам считывать намерения по движениям тела: рассинхронизация движений пользователя и костюма приведет к увечьям. Нужно ограничивать обе действующих стороны. Над решением этого вопроса и ломают головы инженеры. Кроме того, нужно заранее обнаружить непреднамеренное или нежелательное движение, чтобы случайный чих или кашель не привел к вызову скорой.

Экзоскелеты и будущее

В 2010 году компании Sarcos и Raytheon совместно с Министерством обороны США показала боевой экзоскелет XOS 2. Первый прототип вышел за два года до этого, но не вызвал переполоха. А вот XOS 2 оказался настолько крутым, что журнал Time включил экзоскелеты в список пяти лучших военных инноваций года. С тех пор ведущие инженеры мира, ломают головы над созданием экзоскелетов, которые смогут обеспечить преимущество на поле боя. И за пределами него тоже.

Что мы имеем на сегодняшний день?

ReWalk Этот экзоскелет был представлен в 2011 году и был предназначен для людей с ограниченными возможностями. В январе 2013 года вышла обновленная версия — ReWalk Rehabilitation, а уже в июне 2014 года FDA одобрило использование экзоскелета на публике и дома, тем самым открыв ему дорогу в коммерческом плане. Система весит около 23,3 кг, работает на базе Windows и работает в трех режимах: идти, сидеть и стоять. Стоимость: от 70 до 85 тысяч долларов.

XOS Серия этих военных экзоскелетов находится в активной разработке (на очереди XOS 3). Весит около 80 кг и позволяет владельцу с легкостью поднимать 90 лишних кг. Последние модели костюма настолько подвижны, что позволяют играть с мячом. Как отмечают производители, один XOS может заменить трех солдат. Возможно, третье поколение экзоскелета будет уже ближе к тому, что мы видим на экранах фантастических фильмов последних лет. Увы, пока он привязан к внешнему источнику питания.

HULC. Human Universal Load Carrier — творение известной компании Lockheed Martin совместно с Berkeley Bionics. Этот экзоскелет также предназначен для военных. Основа — гидравлика и литий-полимерные батареи. Правильно загрузив внешний каркас, с его помощью можно переносить до 140 кг лишнего груза. Предполагается, что солдаты смогут использовать HULC а-ля «я и друг мой грузовик» в течение 72 часов. Разработка идет полным ходом, поэтому неудивительно, что именно HULC могут первыми поступить на вооружение США.

ExoHiker, ExoClimber и eLEGS (Ekso). Прототипы, опять же, Berkeley Bionics, предназначенные для выполнения различных задач. Первый должен помочь путешественникам переносить груз до 50 кг, был представлен в феврале 2005 года и весит около 10 кг. Учитывая небольшую солнечную панель, может работать очень и очень долго. ExoClimber — это десятикилограммовое дополнение к ExoHiker, позволяющее носителю прыгать и взбираться по ступенькам. В 2010 году наработки Berkeley Bionics вылились в eLEGS. Эта система — полноценный гидравлический экзоскелет, который позволяет парализованным людям ходить и стоять. В 2011 году eLEGS был переименован в Ekso. Он весит 20 кг, передвигается с максимальной скоростью в 3,2 км/ч и работает в течение 6 часов.

HAL. Очередной нашумевший экзоскелет от японского производителя роботов Cyberdyne. Его назначение — обеспечить возможность ходить людям с ограниченными возможностями. Есть два основных варианта: HAL-3 и HAL-5. С момента презентации в 2011 году, меньше чем за год HAL приняли «на вооружение» более 130 медицинских институтов по всей стране. Однако испытания будут продолжаться весь 2014 и, возможно, 2015 год. В августе 2013 года HAL получил карт-бланш на использование в качестве медицинского робота в Европе. Новейшая модель костюма весит около 10 кг.

Cредняя стоимость медицинского экзоскелета — 90 тысяч долларов.

Помимо серьезных экзоскелетов на все тело, все большей популярностью пользуются ограниченные экзоскелеты, предназначенные для выполнения специфических задач. Например, в августе этого года был показан экзостул Chairless Chair, позволяющий сидеть стоя. Компании Daewoo и Lockheed Martin независимо друг от друга показали экзоскелеты для работников судостроительных верфей. Эти устройства позволяют рабочим удерживать груз или инструмент весом до 30 кг, особо не напрягаясь. В России разработкой экзоскелета под названием «ЭкзоАтлет» занимается команда ученых, собранная на базе НИИ Механики МГУ. Они продолжают начатые еще в СССР разработки Вукобратовича, о которых мы упоминали выше. Первый рабочий пассивный экзоскелет этой команды был разработан для сотрудников МЧС, пожарных и спасателей.

При весе в 12 кг конструкция позволяет без особых усилий переносить до 100 кг груза. В планах компании — разработка силовой модели ExoAtler-A, которая позволит переносить до 200 кг, а также медицинского экзоскелета для реабилитации людей с ограниченными возможностями. Объединяет все эти костюмы то, что представлены они по большей части в качестве прототипов. Значит, будут совершенствоваться. Значит, их ждут полевые испытания. Значит, будут новые модели. Значит, за ними будущее. Пока говорить о том, что рабочий и полезный экзоскелет можно пойти и купить на черном рынке, рановато. Но начало положено, а развитие этого направления уверенно входит в широкое русло. До костюма Тони Старка нам еще далековато, но что мешает радоваться зрелищным фильмам?

Любителям зрелищных разборок с участием экзоскелетов всегда будет что посмотреть: «Чужие» (1986), «Железный человек» (2008), «Аватар» (2009), «Район №9» (2009), «Мстители» (2012), «Элизиум» (2013), «Грань будущего» (2014). Одно известно наверняка: экзоскелеты в будущем будут повсюду. Они помогут нашим космонавтам освоить Марс, построить первые колонии и с удобством управляться в космосе. Они станут на вооружение в военном сегменте, поскольку по умолчанию наделяют солдат сверхчеловеческой силой. Они дадут возможность полноценно передвигаться тем, кто ее потерял. Костюм «Железного человека» однажды станет реальным, как и все, что вы видите вокруг.

«ЭкзоАтлет»