Экзоскелет — фантастическое прошлое и реалистичное будущее современного человека

Практически любое достижение человека — это вопрос того, чтобы быть «быстрее, выше и сильнее» других, а нередко и самих себя. Принцип работает и в жизни, и в спорте, и в технологиях. Людям хочется превосходить себя и окружающих и, конечно, облегчать собственную жизнь.

Приборов и всевозможных устройств для облегчения повседневной жизни человечество на данный момент придумало немало. Но хватает ли нам этого? И да и нет. Потому что, как только мы разобрались с необходимостью тратить чрезмерно много времени на бытовые и монотонные задачи, мы хотели добиться большего в рамках человеческого организма — бегать дальше, быть сильнее и выносливее, чем самый тренированный человек на планете. Претворению этих мечтаний и планов в жизнь сейчас посвящена целая отрасль разработки экзоскелетов... Кажется, костюм Железного человека, который еще в XX веке оставался лишь смелой мечтой и фантазией авторов комиксов, наконец превратился в смелую реальность.

***

Экзоскелет — это роботизированный костюм, который может дополнить функции человека, повышая его эффективность и физические (в фантастических планах на будущее, впрочем, даже ментальные) способности. Хотя диапазон возможного применения экзоскелетов довольно широк, конечно, по старой доброй традиции новые технологии создаются с уклоном на их использование в военной сфере. Солдаты будущего, оснащенные мощными костюмами, смогут поднимать тяжелые орудия без дополнительной помощи и вытаскивать раненых солдат с поля боя. При этом экзоскелет выглядит как костюм в броне — невосприимчивым к огню, яду, газам и пулям. И все это — без потери маневренности и без осложнения передвижения (все же носить на себе специальный костюм должно быть нелегко, привет доспехам!). Впрочем, чтобы существующие сейчас экзоскелеты дошли до такого идеально сбалансированного состояния, на разработку должно быть потрачено еще немало лет и не меньше бюджета.

Но военный экзоскелет — это не единственный возможный экзоскелет. Также сейчас есть экзоскелеты для инвалидов, грузчиков, экзоскелет для определенных частей тела, например для ног. Помимо различения по области применения, принято также выделять экзоскелеты по способу управления (управляемые и управляющие), а также по приводу: электрические, пневматические, гидравлические, с двигателем внутреннего сгорания и другие.

Немного истории

Фантастический роман, в котором главный герой впервые соорудил настоящий паровой механизм, позволяющий ему передвигаться со скоростью 95 км/час при охоте на индейцев и быков, вышел еще в 1868 году. Автор книги «Паровой человек прерий» Эдвард Сильвестр Эллис, разумеется, представил совершенно невообразимую на то время идею, о которой ранее, возможно, никто никогда и не задумывался.

Чтобы человек всерьез начал размышлять о создании первого прототипа современного экзоскелета, с момента выхода книги Эллиса должно было пройти еще около 30 лет. Именно 1890-х годах Николай Янг — российский инженер и конструктор, живший в Америке, запатентовал около десятка собственных чертежей и идей своеобразных приспособлений, которым можно было бы дать название «механический экзоскелет», ориентированных на военную сферу применения. Его проекты, будь они реализованы, должны были помогать солдатам ходить, бегать и прыгать с большей скоростью и легкостью. Также можно было бы использовать их для поднятия тяжестей. Впрочем, разработки Янга в области первых костюмов Железного человека так и не увидели свет, а сам инженер скорее известен изобретением автоматического механизма, подающего воду в паровые котлы, — так называемого «Друга кочегара».

Однако идею создать экзоскелет будущего, дающий своему хозяину сверхспособности не за счет каких-то магических и мистических свойств, а исключительно силой технологий, ученые и инженеры не забросили. Слишком уж заманчиво она звучала, и особенно в период расцвета технологического бума в середине XX века, который спустя десятилетия подарил нам смартфоны и роботы-пылесосы.

Конечно, первые сигналы по-прежнему приходили из области культуры (человеку свойственно проверять живучесть своих теории абстрактно). Так, в 1963 году Marvel Comics впервые создала своего «Железного человека», которого сейчас широкая публика знает в первую очередь по фильмам. В тот же год Роберт Хайнлайн, один из известнейших писателей-фантастов, выпустил книгу «Звездный десант», герои которой, проживая в будущем, использовали боевой экзоскелет так же легко, как мы используем обычную одежду.

Как работает экзоскелет

Спустя всего два года после этих событий разработкой собственного экзоскелета решил заняться Пентагон, проект которого подразумевал создание роботизированного костюма, способного поднимать тяжелые грузы, защищать солдата от пуль, кислоты, радиации и ядовитого газа.

15,8-килограммовый «костюм сверхчеловека», который мог поднимать до 453 килограммов каждой рукой, был разработан уже к середине 60-х годов прошлого столетия инженером Корнеллского университета Нилом Майзеном. Параллельно с ним компания General Electric занималась разработкой похожего, но облегченного костюма (5,5 кг), который бы управлялся человеком изнутри. Понятное дело, первые прототипы были совершенно непрактичными, тяжелыми и не всегда работали. Но исследователей это, конечно, не останавливало, и разработки продолжались.

Спустя почти 20 лет, в 1980 году, ученые Лос-Аламосской лаборатории представили доработанные чертежи будущего экзоскелета, но проект, к сожалению, так и остался на бумаге. Он по-прежнему обладал рядом серьезных недостатков и не мог быть реализован: технологий того времени было недостаточно для того, чтобы создать такую сложную конструкцию. Компьютеры были медленными, и обработка команд занимала огромное количество времени; а сами костюмы получались громоздкими, невероятно медленными и нефункциональными.

Только в 2000 году военные разработки США начали показывать первые успешные и перспективные результаты. Оборонное агентство DARPA при Пентагоне потратило более 75 миллиардов долларов на производство полноценного экзоскелета, призванного дополнить человеческое тело и повысить его производительность. Принцип работы экзоскелета должен был позволить солдатам без проблем переносить тяжелейшие грузы, крупные орудия и раненых однополчан. Однако проект не был позитивно воспринят американским обществом, которое не видело смысла тратить столько бюджетных средств на невыполнимый, по их мнению, план. Резонанс был довольно серьезным. Настолько, что разработка временно приостанавливалась. Впрочем, DARPA было не единственным на этом поле — все это время созданием инновационной системы, которая считывала сокращения мышц человека и передавала сигналы для управления механическими мышцами костюма, занималась негосударственная робототехническая компания Sarcos. Результатом именно ее кропотливой работы стал американский экзоскелет XOS, который в 2005 году произвел настоящий фурор.

Позднее Sarcos была куплена организацией Raytheon, но идея создания экзоскелета не была забыта — через пять лет был представлен костюм нового поколения XOS 2. Разумеется, лучше, быстрее и эффективнее. Его создание настолько взбудоражило общественность, что экзоскелет включили в пятерку объективно лучших инноваций в военной сфере. Одновременно к растущей волне тренда на экзоскелеты подключилась и японская компания Cyberdyne, которая в том же 2010 году представила роботизированный костюм HAL. В отличие от первых наработок западных коллег, японский экзоскелет был создан для того, чтобы возможность жить здоровой и полноценной жизнью получили инвалиды и пожилые люди. Необходимость облегчить управление экзоскелетами и отдельными роботизированными протезами подтолкнула к развитию технологию управления с помощью импульсов человеческого мозга.

Области применения экзоскелетов

Несмотря на то, что первичной областью применения экзоскелетов была именно военная отрасль, технология роботизированных костюмов — это серьезный прорыв, способный вывести медицину на качественно новый уровень. Довольно очевидно, что роботизированный костюм может помочь людям с ограниченными возможностями восполнить утраченные функции организма. Как временно, так и на постоянной основе. Безусловно, сейчас подобные костюмы или протезы стоят слишком дорого, чтобы у даже самых развитых стран была возможность обеспечить ими каждого нуждающегося. И тем не менее уже сейчас медицинские экзоскелеты используют для реабилитации людей, переживших инсульт или инфаркт, из-за которых были временно утрачены определенные двигательные способности организма. Также существуют костюмы для постоянного ношения людьми с ограниченными возможностями и пенсионерами.

В медицине принято выделять два вида экзоскелетов: для верхних и для нижних конечностей. Иногда, в зависимости от индивидуального случая, эти два вида могут быть объединены в единый комплекс, что позволяет людям компенсировать утраченные функции практически полностью. Отдельным витком в развитии экзоскелетов являются кибернетические протезы ног и рук, позволяющие людям продолжать ту повседневную и рабочую деятельность, к которой они привыкли. Конечно, не в тех нагрузках и масштабах, в которых могут работать люди без особых нужд, но это значительно лучше, чем ничего. Тем более учитывая, что технологии не стоят на месте, и в ближайшем будущем точно будут созданы максимально реалистичные протезы с улучшенными возможностями, с которыми люди перестанут испытывать дискомфорт от потери конечности.

И в пир, и в мир

На данном этапе развития у экзоскелетов существует только два недостатка. Первый — это их недоработанность. Да, мы уже можем сделать многое, но не меньше остается за пределами возможностей современных технологий. Впрочем, это всего лишь вопрос времени.

Второй недостаток, частично вытекающий из первого, — это дороговизна уже существующих приспособлений. Пока производство экзоскелетов требует слишком много ресурсов, увы, они не будут доступны для каждого человека, который в них нуждается. Также невозможно точно сказать, сколько стоит экзоскелет, потому что для каждого отдельного случая он будет разрабатываться специально. Речь здесь ведется, конечно же, о медицинских костюмах и протезах. Как правило, у оборонной промышленности достаточно средств для того, чтобы оснастить солдат последними технологическими достижениями.

***

Сложно предсказывать, что именно ждет нас в будущем, когда возможностями роботизированного костюма сможет воспользоваться каждый человек. Понятно лишь, что и войны, и спокойное мирное время будут протекать совершенно иначе. Вероятно, такое развитие пошатнет естественный природный и политический баланс еще сильнее, чем это происходит сейчас. С другой стороны, это же поможет облегчить жизнь сотням тысяч людей, в очередной раз сравняв их возможности.