Bionic Humans Exoskeleton-Technologie definiert Grenzen neu

Im Rand von morgen, Ein von Kritikern hochgelobter Science-Fiction-Film, der diesen Sommer veröffentlicht wurde, bekämpfen Soldaten Außerirdische mit angetriebenen Exoskeletten, die ihre Kraft, Geschwindigkeit und Beweglichkeit erhöhen. Auf der Leinwand erscheinen die Ideen neben Explosionen und jenseitigen Feinden wie eine Hollywood-Erfindung - aber sie ist näher an der Realität, als Sie denken.

Die Forschung am Exoskelett ist seit über einem Jahrhundert im Gange und führte zu einer Reihe praktikabler Prototypen. Überraschenderweise konzentrieren sie sich jedoch weniger auf die übermenschliche Kraft als auf die Verbesserung der Ausdauer und der Lebensqualität. Forscher in diesem Bereich sehen die Zukunft 4 Technologien, die die Welt verändern könnten 4 Technologien, die die Welt verändern könnten Jetzt ist es eine aufregende Zeit, am Leben zu sein, da Wissenschaft und Technologie die Menschheit in einem solch unglaublichen Ausmaß vorwärts bringen. Wer hätte gedacht, dass wir vor zehn Jahren einen Zugang zu allem hätten, als Marathon statt als Sprint.

Exo-Geschichte

Menschliche Exoskelette sind seit den 1950er Jahren in Science-Fiction-Geschichten aufgetaucht, aber das erste echte Exoskelett wurde vor über einem halben Jahrhundert vom russischen Erfinder Nicholas Yagn erfunden. Trotz seines Wohnsitzlandes entschied er sich 1890, ein Patent beim US-amerikanischen Patentamt einzureichen. Er beschrieb seine Erfindung als:

[…] Eine Anzahl von Federn, die das Gewicht des gesamten Körpers tragen und die von diesem ausgeübte Kraft zusammen mit der durch den Impuls eines solchen Totgewichts während der Bewegung ausgeübten Kraft speichern und speichern. - Nicholas Yagn, Erfinder

Sein Exoskelett benutzte auch “Druckmittelspeicher” Energie zu speichern. Laut Nicholas gab seine Erfindung den Benutzern eine bessere Mobilität und verringerte die Belastung beim Laufen und Springen des Körpers. Entschuldigung, Steam-Punk-Fans. Dies war keine zahnradgetriebene Todesmaschine.

Das erste angetriebene Exoskelett namens Hardiman wurde Ende der 1960er Jahre von General Electric entwickelt. Massiv und brutal sah der Anzug den massiven Kampfanzügen aus, die von Science-Fiction-Autoren erwartet wurden. Es wurde entwickelt, um die Stärken eines Benutzers wesentlich zu steigern, aber seine Erfinder haben die Steuerungen und den Leistungsbedarf nie vollständig festgelegt. Wie im Abschlussbericht des Projekts angegeben:

Das Problem der Mensch-Maschine-Schnittstelle im Hardiman I-Prototyp war sehr ernst. Die hohe Leistungsverstärkung, die Komplexität des Mehrgelenksystems und die enge Kopplung von Mensch und Maschine ergaben viele konstruktive Einschränkungen und stellten hohe Anforderungen an die vorhandene Technologie.

Der Misserfolg von Hardiman zeigte die extreme Schwierigkeit, mit dieser Technologie ein Exoskelett zu entwickeln. Ein weiterer Versuch wurde erst in den frühen 1990er Jahren unternommen, als die Forscher von Kawasaki mit dem Power Assist Suit, einem Exoskelett, das medizinische Fachkräfte bei der Bewegung von unbeweglichen Patienten unterstützen soll, begonnen haben.

Nach der Jahrhundertwende kam es zu einer Explosion neuer Entwicklungen. Das japanische Unternehmen Cyberdyne führte das HAL-3-Exoskelett-Konzept ein, Berkeley entwickelte ein Unterkörper-Exoskelett namens Bleex, das Soldaten dabei unterstützt, schwere Lasten über weite Strecken zu transportieren, und Honda hat ein Paar Unterkörper-Exoskelette für teilweise mobile Personen zusammengestellt, die ansonsten ein anderes benötigen Spazierstock oder Spaziergänger.

Einschalten

Das gescheiterte Hardiman-Projekt ist die Art von Anzug, an die die meisten Menschen denken, wenn sie sich ein Exoskelett vorstellen sollen. Viele von uns erinnern sich an Bilder aus der Fiktion, wie zum Beispiel das berühmte Exoskelett, das von Sigourney Weaver (oder besser: dem Stuntman, der hinter ihr versteckt ist) in geflogen wird Aliens.

Ein massives Exoskelett kann ein Publikum sicherlich begeistern, aber seine praktische Anwendung ist begrenzt. Akkus haben immer noch nicht die nötige Ausdauer, um eine wilde Maschine über einen längeren Zeitraum zu betreiben, und ein großes Exoskelett macht nicht viel, was ein Gabelstapler, Kran oder anderes Fahrzeug nicht leisten kann. Moderne Exoskelette sind darauf ausgerichtet, den Menschen auf praktische Weise zu verbessern, die in einer Vielzahl von Situationen jeden Tag von Nutzen sein können.

Eines der neuesten Konstruktionen ist der Human Universal Load Carrier (HULC), ein militärisches Exoskelett, das von Lockheed-Martin entworfen wurde, um die physischen Fähigkeiten von Soldaten erheblich zu verbessern. Die Grundidee des Programm-Managers Jim Ni, die in einer Pressemitteilung des Unternehmens beschrieben wird, besteht darin, Ausdauer und Kraft zu erhöhen und gleichzeitig das Verletzungsrisiko zu senken.

Sie ermöglicht es Soldaten, Dinge zu tun, die sie heute nicht tun können, und hilft dabei, sie vor Verletzungen des Bewegungsapparates zu schützen. - Jim Ni, HULC-Programmmanager

Das klingt nicht viel anders als die Vorteile, die Nicholas Yagn vor über einem Jahrhundert für sein Exoskelett gefordert hatte, aber dank moderner Technologie können Forscher die Idee besser realisieren. HULC kann Soldaten dabei helfen, Lasten von bis zu 200 Pfund auf verschiedenem Gelände zu tragen, während das Risiko von Verletzungen, die einen Soldaten im Feld verlangsamen könnten, minimiert wird. Das über fünfzig Pfund schwere Exoskelett wird durch Batterien mit Strom versorgt. Die Lebensdauer der Ausrüstung kann mit speziellen Geräten bis zu 72 Stunden betragen.

Aber Lockheed-Martin ist nicht das einzige Unternehmen in diesem Bereich. Raytheon hat in den letzten acht Jahren die XOS entwickelt, die die gleiche Rolle wie die HULC übernehmen soll. Im Gegensatz zu seinem Konkurrenten deckt der XOS jedoch einen wesentlichen Teil des Unter- und Oberkörpers des Benutzers ab. Seine Erfinder geben eine ähnliche maximale Tragfähigkeit von mindestens 200 Pfund an, aber die Steigerung der Kraft erstreckt sich auf die Arme, die mit wenig Aufwand bis zu fünfzig Pfund halten können.

Nicht nur für Soldaten

In Japan hat Cyberdyne sein HAL-5-Exoskelett weiterentwickelt. Im Gegensatz zu seinen amerikanischen Kollegen ist dieses Gerät eher für zivile als für militärische Zwecke gebaut. Das Unternehmen erforscht verschiedene Modelle, die von Industriearbeitern, Katastrophenschutzpersonal und medizinischen Fachkräften verwendet werden können.

Ein Modell für die unteren Gliedmaßen, das zur Rehabilitation von Menschen mit verletzungsbedingten Mobilitätsproblemen entwickelt wurde, wurde für den Einsatz in Europa zugelassen und wird in klinischen Studien eingesetzt. Die erste Studie, die im April dieses Jahres abgeschlossen wurde, legt nahe, dass das Exoskelett eine “sehr signifikante Verbesserung” Die Beweglichkeit beim Tragen und verbessert mit der Zeit auch die Bewegungsfähigkeit desselben Patienten ohne das Exoskelett. Nur acht Patienten waren jedoch Teil der Studie, daher muss noch mehr getan werden, um den Nutzen von HAL zu bestätigen.

Ein weiteres ziviles Exoskelett, das Aufmerksamkeit erregt, ist das ReWalk, ein Unterkörper-Exoskelett, das eine ähnliche Rolle wie die HAL einnimmt. Der ReWalk verwendet Beinmotoren mit geringer Leistung, um die Mobilität zu unterstützen und die Akkulaufzeit den ganzen Tag zu gewährleisten. Im Gegensatz zur HAL muss der ReWalk mit Stöcken verwendet werden, ist aber auch in seiner Entwicklung weiter fortgeschritten und wurde in mehreren Ländern zugelassen. Der ReWalk kann zur Rehabilitation verwendet werden oder kann als Alternative zu einem Rollstuhl oder einem Motorroller für den persönlichen Gebrauch erworben werden.

Batterien nicht enthalten

FORTIS, das dieses Jahr gerade erst getestet wurde, ist das neueste Exoskelett von Lockheed-Martin. Obwohl die erste Testrunde von der Marine durchgeführt wird, ist dieses Exoskelett im Gegensatz zu HULC nur für den zivilen Gebrauch gedacht. Es stärkt den Körper des Benutzers und verringert die Belastung durch schwere Werkzeuge, die Marine-Mechaniker häufig zur Reparatur von Schiffen verwenden.

Durch das Tragen des FORTIS-Exoskeletts können Bediener das Gewicht dieser schweren Werkzeuge mit geringer Ermüdung für längere Zeit halten. - Adam Miller, Direktor neuer Initiativen, Lockheed-Martin

Obwohl FORTIS keine Batterien hat, verfügt FORTIS über beeindruckende Fähigkeiten. Es kann Benutzern helfen, bis zu 36 Pfund zu halten “mühelos.” Das hört sich auf den ersten Blick vielleicht nicht viel an, bedenken Sie jedoch, dass Mechaniker solche Werkzeuge täglich für Stunden verwenden. Ein erhebliches Gewicht kann schon nach wenigen Minuten ermüdend werden. Das Exoskelett hilft auch dabei, diese Lasten auf den Boden zu übertragen, wodurch Rücken und Beine des Benutzers entlastet werden.

Sollte sich diese Art von Exoskelett als erfolgreich erweisen, könnte dies ein großer Segen für Bau- und Industriearbeiter sein, die im Laufe des Tages wiederholt bescheidene Lasten heben müssen. Arbeitsbedingte Verletzungen sind in diesen Bereichen immer noch weit verbreitet und können die Lebensqualität von Veteranen dieser Bereiche im Laufe der Zeit erheblich beeinträchtigen.

Die mangelnde Leistung von FORTIS verringert zudem die Komplexität und die Kosten, wodurch die Idee für eine umfassende Implementierung angenehmer wird. Damit ist FORTIS noch sehr früh in der Entwicklung; Erst im letzten Monat wurde es zum ersten Mal angekündigt. Die meisten anderen Exoskelett-Projekte befinden sich seit Jahren und in einigen Fällen Jahrzehnten in der Entwicklung, so dass dieses Projekt noch einen Weg zu gehen hat.

Immer noch menschlich, aber besser

Der Fokus des modernen Exoskeletts hat sich von der Steigerung der Kraft und Geschwindigkeit zur Verbesserung der Ausdauer verlagert. In diesem Sinne besteht das Ziel nicht darin, uns schneller oder stärker als zuvor zu machen, sondern uns dauerhafter zu machen und unsere Lebensqualität zu verbessern. Obwohl es nicht glamourös ist, ist dieser Ansatz sinnvoll. Wir haben mit dem Gabelstapler schwere Lasten gehoben.

Verletzung und Erschöpfung sind jedoch Gegner, die wir noch nicht besiegt haben. Ein müder, verletzter Soldat verlangsamt wahrscheinlich seine gesamte Einheit und ist weniger in der Lage, auf Bedrohungen zu reagieren. Eine Schätzung von 2013 für Verletzungen am Arbeitsplatz kostete allein in den Vereinigten Staaten bis zu 250 Milliarden US-Dollar pro Jahr. Durch die Verringerung der Belastung und die Steigerung der Ausdauer kann jeder von der Infanterie profitieren, der sich in der Schlacht von den im Gesundheitswesen Beschäftigten zwischen den Betten bewegt. Es ist also wahrscheinlich, dass Exoskelette diesen neuen Ansatz im kommenden Jahrzehnt fortsetzen werden. Exoskelette geben uns keine übermenschliche Kraft oder rasende Geschwindigkeit - zumindest nicht so bald. Aber sie werden uns helfen, ein längeres und besseres Leben zu führen. Wie Technologie die menschliche Evolution beeinflussen kann Wie Technologie die menschliche Evolution beeinflussen kann Es gibt keinen Aspekt der menschlichen Erfahrung, der nicht von Technologie berührt wurde, einschließlich unseres Körpers. Weiterlesen .

Bildnachweis: Lockheed-Martin, Cyberdyne

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