Egzoszkielet wspomagany

Osoba ubrana w prototyp egzoszkieletu HAL 5

Prezentacja „Żołnierza przyszłości”

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 lub hydraulicznych 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.

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. 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 lub HAL 5.

Zastosowanie

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.

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).
• 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.

W 2016 egzoszkielet firmy SuitX, kosztujący 40 000 USD (ok. 160 tys. złotych) umożliwił chodzenie, osobie sparaliżowanej, do tej pory poruszającej się dzięki wózkowi inwalidzkiemu.

Sterowanie

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.
2. Sterowanie głosem
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.
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.

Występowanie w SF

Literatura

• Pancerze wspomagane pojawiły się w cyklu Lensman autorstwa E.E. Smitha, 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

• 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).
• Superbohater Iron Man (Tony Stark), pojawiający się w wielu filmach, w szczególności z Filmowego Uniwersum Marvela, zbudował wiele uzbrojonych pancerzy wspomaganych.

Gry

• W serii gier Fallout występują pancerze wspomagane (ang. Power Armor), zasilane ogniwami jądrowymi.
• W grach osadzonych w uniwersum 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. 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
• W grze 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
• W serii gier Call of Duty (Advanced Warfare i Black Ops III) gracz nosi egzoszkielet umożliwiający mu skoki na wysokie odległości, oraz wspinanie się po ścianach i innych różnych obiektach. Możliwy jest również do wykorzystania w trybie gry wieloosobowej.

Zobacz też

• szkielet zewnętrzny
• Zbroja
• Robot

Linki zewnętrzne

Artykuły

• Artykuł The Rise of the Body Bots w czasopiśmie IEEE Spectrum. spectrum.ieee.org. [zarchiwizowane z tego adresu (2009-05-04)]. (ang.).
• Amerykański patent na egzoszkielet (ang.)
• Artykuł w Wired Magazine o Tetsujin (zawody w podnoszeniu ciężarów przy użyciu egzoszkieletów) (ang.)
• Artykuł o egzoszkielecie wspomagającym pracę pielęgniarek (ang.)
• Artykuł o drugiej generacji wojskowego egzoszkieletu XOS (pol.)

Projekty naukowe

• Passive Exoskeletons For Assisting Limb Movement – Rahman, Tariq & others – Journal of Rehabilitation Research and Development, Volume 43, Number 5, August/September 2006, Pages 583–590
• Informacje o projekcie Exo Arm. brl.ee.washington.edu. [zarchiwizowane z tego adresu (2008-12-26)].
• SpringWalker Walking Aid (ang.)
• Informacje o projekcie WPAS (Wearable Power Assist Suit). we.kanagawa-it.ac.jp. [zarchiwizowane z tego adresu (2006-10-05)]. (ang.).