Egzoszkielet wspomagany

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Osoba ubrana w prototyp egzoszkieletu HAL 5

Sztuczny egzoszkielet lub pancerz wspomagany – mocowana na zewnątrz ciała powłoka, której celem jest wzmocnienie siły mięśni użytkownika. Egzoszkielet może wzmacniać wszystkie partie mięśni lub tylko niektóre (np. sztuczne ramię).

Poruszanie się w egzoszkielecie zależy od kilku czynników (właściwego dopasowania egzoszkieletu, odpowiedniego oprogramowania komputera sterującego, możliwości sterowania nim osoby z niego korzystającej). Za ruch urządzenia odpowiedzialny jest zazwyczaj system siłowników elektrycznych, pneumatycznych[1] lub hydraulicznych[2] (rzadko przekładni mechanicznych)[potrzebne źródło] mocowanych w jednolitej osłonie (kombinezonie). Aktywne egzoszkielety są zasilane przy pomocy różnego rodzaju silników lub energią z akumulatorów. Ruch jest nadzorowany zazwyczaj poprzez sterownik w postaci komputera. Dodatkowo mogą występować czujniki żyroskopowe (informujące system o stanie równowagi w jakim znajduje się dana osoba i wprowadzające do systemu ewentualne korekty mające na celu przywrócenie równowagi)[potrzebne źródło].

Tematyka sztucznych egzoszkieletów jest poruszana w literaturze, filmach, czy grach SF, jak również jest tematem projektów badawczych prowadzonych w rzeczywistości. Pierwsze próby stworzenia egzoszkieletu sięgają lat 60. dwudziestego wieku, kiedy to firma General Electric prowadziła badania związane z projektem Hardiman[3]. Jednakże próby te, podobnie jak inne zakończyły się niepowodzeniem (w projekcie Hardiman ukończono jedynie ramię). Za przyczynę podaje się brak możliwości technicznych niezbędnych do ich realizacji w owym czasie. Obecnie prace nad egzoszkieletem są znacznie bardziej zaawansowane, o czym może świadczyć np. projekt BLEEX[2] lub HAL 5[4].

Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]

Obecnie na świecie (głównie w USA i Japonii) trwają prace nad różnymi wersjami egzoszkieletów, jednak głównie z założeniem wykorzystania w celach wojskowych – dla poprawienia zdolności bojowych żołnierza na polu walki.[5]

Egzoszkielety mogą mieć również zastosowanie dla celów cywilnych, np.

  • w medycynie – jako pomoc dla osób nie mogących poruszać się o własnych siłach, jak również jako pomoc dla personelu medycznego zajmującego się opieką nad osobami z paraliżem (HAL5, ReWalk, Ekso).[6][7]
  • w innych dziedzinach (np. ratownictwie, budownictwie) – jako urządzenia wspomagające przenoszenie ciężarów w miejscach, do których ciężki sprzęt nie ma dostępu, lub jego użycie jest niewskazane.

Sterowanie[edytuj | edytuj kod]

Sterowanie egzoszkieletem odbywać się może na 4 sposoby:

1) Sterowanie mechaniczne – osoba jest częściowo sprawna i ma możliwość kontrolowania egzoszkieletu manualnie np. rękami za pomocą joysticka[8].

2) Sterowanie głosem – osoba nie ma możliwości ruchowych, ma jednak możliwość wypowiadania komend głosowych, które są przesyłane poprzez mikrofon do komputera, a w nim odpowiednio interpretowane na odpowiadającą danemu zwrotowi funkcję egzoszkieletu (czynność), po czym z komputera wysyłana jest do sterownika egzoszkieletu odpowiednia seria instrukcji do wykonania (zadziałania odpowiednich siłowników) – np. odpowiadających czynności podnieś rękę, wstań, idź itp.[potrzebne źródło]

3) Sterowanie czujnikami naskórnymi lub podskórnymi (implantami) – metoda polegająca na założeniu pacjentowi serii implantów, które wzmacniając impulsy nerwowe, odczytują na ich podstawie intencje ruchowe osoby, a następnie przekazują te „intencje” (wzmocnione impulsy) do komputera sterującego. W przypadku tej metody wymagana jest częściowa sprawność układu nerwowego[1][4].

4) Sterowanie egzoszkieletem mogłoby się odbywać bezpośrednio z użyciem sygnałów bioelektrycznych z ośrodkowego układu nerwowego – po podłączeniu do głowy użytkownika egzoszkieletu zestawu elektrod interfejsu mózg-komputer sygnały odzwierciedlające zamiar ruchu byłyby przekazywane do sterownika egzoszkieletu, który na tej podstawie uruchamiałby odpowiednie funkcje egzoszkieletu. Mogłoby to umożliwić wykorzystanie egzoszkieletu osobom po uszkodzeniach rdzenia kręgowego, ale z zachowanymi funkcjami kory ruchowej mózgu oraz funkcjami poznawczymi umożliwiającymi bezpieczne (dla nich i otoczenia) korzystanie z egzoszkieletu. Badania nad tym rozwiązaniem prowadzone są w ramach zakończonego projektu MINDWALKER i kolejnych .[9]

Występowanie w SF[edytuj | edytuj kod]

Literatura[edytuj | edytuj kod]

  • Pancerze wspomagane pojawiły się w cyklu Lensman autorstwa Edwarda Elmera Smitha (znanego lepiej jako E. E. „Doc” Smith), którego pierwszy tom został wydany w 1934 roku – jest to przypuszczalnie pierwsze pojawienie się tego typu kombinezonów w SF.
  • We wzmacniające siłę zbroje wyposażeni są żołnierze w Kawalerii kosmosu Roberta A. Heinleina z 1959.
  • W powieściach z cyklu Honor Harrington oraz Starfire autorstwa Davida Webera (a także w innych utworach tego autora) pojawiają się pancerze wspomagane, które znajdują zastosowanie w celach militarnych. Są w nie wyposażone np. oddziały marines.
  • W powieściach osadzonych w uniwersum Warhammer 40,000 pancerze wspomagane znajdują zastosowanie u różnych stron konfliktu – na przykład Imperium Człowieka, którego rozmaite formacje zbrojne (m.in. Space Marines) korzystają z bojowych egzoszkieletów.
  • W serii książek Marcina Przybyłka pt. Gamedec pojawiają się policyjne egzoszkielety (lekkie konstrukcje wspomagające), oraz zbroje (potężne i masywne zbroje z arsenałem broni służące do walki).

Filmy[edytuj | edytuj kod]

  • W serialu animowanymGhost in the Shell: Stand Alone Complex” pojawiają się „pancerze bojowe” w różnych odmianach. Najpopularniejszą odmianą pierwszej serii był MSDF 303. W drugiej serii pojawiły się znacznie potężniejsze pancerze.
  • W serii anime Gundam poszczególne strony konfliktu powszechnie używają w walce rozmaitych typów egzoszkieletów (Mobile Suit).
  • W serii „Gwiezdne wojny” występują szturmowcy – żołnierze imperium wyposażeni właśnie w różne pancerze wspomagane. Lżejsze zbroje były wyposażone w klimatyzację i chroniły przed zimnem, a egzoszkielety bojowe miały grubszy pancerz i mieli zamontowane na nich cięższe uzbrojenie. Podobnie jak w przypadku pancerzy szturmowców, w projekty „super żołnierza” armii amerykańskiej dzielą się na zbroje patrolową i bojową (na której można zamontować cięższe uzbrojenie np. granatnik XM307).
  • W filmie animowanym Iron Man: Obrońca dobra tytułowym głównym bohaterem, Iron Manem jest Tony Stark który zbudował wiele uzbrojonych pancerzy wspomaganych. Dają one mu różne możliwości np.: latania, pływania, odporność na obrażenia czy strzelanie z wbudowanych laserów.
  • W filmie Obcy - decydujące starcie pokaźnych rozmiarów egzoszkielety są wykorzystywane do prac magazynowych i remontowych. Główna bohaterka wykorzystuje jeden podczas walki „wręcz”.
  • W filmie „Matrix: Rewolucje” obrońcy Syjonu używali egzoszkieletów do strzelania z wielkokalibrowej broni.
  • W filmie Avatar ziemscy koloniści na Pandorze używają bojowych egzoszkieletów – kombinezonów AMP (Amplified Mobility Platform – Platforma Zwiększonej Mobilności; PZM), zdolnych używać ciężkiego uzbrojenia, m.in. ciężkich działek kalibru 30 mm typu GAU-90.
  • W filmie Dystrykt 9 główny bohater przywdziewa silnie uzbrojony pancerz wspomagany, stworzony przez obcych.
  • W serii Kamen Rider bohaterowie walczą w pancerzach wspomaganych.

Gry[edytuj | edytuj kod]

  • W serii gier Fallout występują pancerze wspomagane (ang. Power Armor), zasilana ogniwami jądrowymi.
  • W grach osadzonych w universum Warhammer 40,000 niektóre jednostki (np. Space Marines) posiadają egzoszkielety, które pełnią również funkcję pancerza. Istnieją tam również znacznie bardziej rozbudowane i masywniejsze wersje, zwane pancerzami terminatorskimi.
  • W niemieckiej serii gier „Crysis”, główni bohaterowie oraz niektóre postacie drugorzędne są wyposażone w tego typu pancerz. W grze nazywa się on Nano Muscle Suit (ang. kombinezon z nano mięśni) lub po prostu Nanosuit i ma wiele zastosowań. Do dyspozycji gracza oddane są 4 tryby pracy kombinezonu:
    • Siła (Strength) – znacznie zwiększa siłę, dzięki czemu można podnosić bardzo duże ciężary, zadaje więcej obrażeń z pięści i skakać na duże wysokości.
    • Pancerz (Armour) – dzięki niemu jest się znacznie bardziej odpornym na obrażenia.
    • Prędkość (Speed) – umożliwia bardzo szybkie poruszanie się na lądzie oraz w wodzie.
    • Niewidzialność (Cloak) – pozwala na bycie niewidzialnym dla promieni widzialnych, jak i podczerwieni.
Pomysł na nanomięśnie został zaczerpnięty z „Żołnierza Przyszłości” rozwijanego w ramach programu FCS.
  • W FPS-ie wyprodukowanym przez Techland pt. „Chrome: SpecForce” główni bohaterowie gry są wyposażeni w pancerz wspomagany.
  • W grze STALKER egzoszkielet występuje jako kombinezon najlepiej chroniący przed ostrzałem z broni palnej i przeciwpancernej. Zwiększa też udźwig postaci, lecz odporność na anomalie i promieniowanie jest dużo niższa, niż w innych pancerzach dostępnych w późniejszej fazie gry.
  • W serii gier Metal Gear Solid występujący jako egzoszkielet tajemniczego Cyber-Ninja. W pierwszej części Metal Gear Solid znany jako Grey Fox, w drugiej części jako Olga Gurlukovich i w czwartej części serii – jako Jack Raiden. Ponadto w MGS2 z egzoszkieletu korzysta Solidus Snake, który potrzebuje go do powstrzymywania przyspieszonego procesu starzenia się (w wieku 37 lat ma on już ciało 60-latka).
  • W serii gier StarCraft rasa Terran (ludzi) powszechnie wykorzystuje różnego rodzaju pancerze wspomagane; są one używane przez wszystkie jednostki piechoty – Marines, Firebatów, Medyków, najprawdopodobniej także przez Duchy. Pancerzem wspomaganym używanym przez Terran jest również ciężka maszyna krocząca Goliath.
  • W grach Command & Conquer 3: Wojny o Tyberium i w dodatku Gniew Kane’a, egzoszkielety wykorzystują po stronie GDI: Szturmowcy i Korsarze; oraz po stronie Bractwa: Czarne Ręce oraz Sabotażyści.
  • W serii gier Half-Life występujący jako HEV „Hazardous Environment” zapewniający dodatkową ochronę, monitorowanie stanu zdrowia i amunicji, a także wykrywanie promieniowania.
  • W serii gier Halo, główny bohater (Master Chief) nosi na sobie pancerz wspomagany MJOLNIR, który wzmacnia jego możliwości fizyczne i chroni przed obrażeniami

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. 1,0 1,1 Informacje o projekcie WPAS (Wearable Power Assist Suit) (ang.).
  2. 2,0 2,1 Informacje o projekcie BLEEX (Berkeley Lower Extremity Exoskeleton) (ang.).
  3. Opis projektu Hardiman na davidszondy.com (ang.).
  4. 4,0 4,1 Informacje o projekcie HAL (Hybrid Assistive Limb) (ang. • jap.)
  5. Mikołajewska Emilia, Mikołajewski Dariusz. Egzoszkielet jako szczególna forma robota – zastosowania cywilne i wojskowe. „Kwartalnik Bellona”. s. 160-169. 
  6. Emilia Mikołajewska: Wózki dla osób niepełnosprawnych. Budowa, akcesoria, dobór i użytkowanie.. Bydgoszcz: Margrafsen, 2012.
  7. Mikołajewska E. (współautor z D. Mikołajewskim): Neurorehabilitacja XXI wieku. Techniki teleinformatyczne. Kraków: Impuls, 2011.
  8. Informacje o projekcie WL-16RIII.
  9. Strona internetowa projektu MINDWALKER.

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]

Artykuły[edytuj | edytuj kod]

Projekty naukowe[edytuj | edytuj kod]