Pusgadsimtu pēc darba uzsākšanas eksoskeletu jomā pirmie šī aprīkojuma paraugi ir gatavi pilnvērtīgam darbam. Lockheed Martin nesen lielījās, ka tā HULC (Human Universal Load Carrier) projekts ir ne tikai pārbaudīts uz vietas ar Pentagonu, bet ir gatavs sērijveida ražošanai. Eksoskelets HULC tagad "elpo aizmugurē", veicot vairākus līdzīgus citu uzņēmumu projektus. Bet šāda dizaina pārpilnība ne vienmēr bija.
Patiesībā ideja izveidot jebkuru ierīci, ko cilvēks varētu nēsāt un būtiski uzlabot viņa fiziskās īpašības, parādījās pagājušā gadsimta pirmajā pusē. Tomēr līdz noteiktam laikam tas bija tikai vēl viens zinātniskās fantastikas rakstnieku priekšstats. Praktiski pielietojamas sistēmas izstrāde tika sākta tikai piecdesmito gadu beigās. General Electric ASV armijas paspārnē uzsāka projektu ar nosaukumu Hardiman. Tehniskais uzdevums bija drosmīgs: GE eksoskeletam vajadzēja ļaut cilvēkam darboties ar kravām, kas sver līdz pusotram tūkstoš mārciņu (aptuveni 680 kilogrami). Ja projekts tiktu veiksmīgi pabeigts, Hardimana eksoskeletam būtu lielas izredzes. Tātad militāristi plānoja izmantot jaunas tehnoloģijas, lai atvieglotu ieroču kalēju darbu gaisa spēkos. Turklāt "rindā" bija kodolzinātnieki, celtnieki un daudzu citu nozaru pārstāvji. Bet pat desmit gadus pēc programmas sākuma General Electric inženieri nav spējuši visu iecerēto pārvērst metālā. Tika uzbūvēti vairāki prototipi, ieskaitot strādājošu mehānisko roku. Hardymen milzīgais nags bija hidrauliski darbināms un varēja pacelt 750 mārciņu slodzi (aptuveni 340 kg). Pamatojoties uz vienu darbināmu "cimdu", bija iespējams izveidot otru. Bet dizaineri saskārās ar citu problēmu. Eksoskeleta mehāniskās "kājas" nevēlējās pareizi darboties. Hardimana prototips ar vienu roku un divām atbalsta kājām svēra mazāk nekā 750 kilogramus, bet maksimālā konstrukcijas ietilpība bija mazāka par paša svaru. Sakarā ar šo svaru un eksoskeleta centrēšanas īpatnībām, paceļot kravu, visa konstrukcija bieži sāka vibrēt, kā rezultātā vairākas reizes tika apgāzta. Ar rūgtu ironiju projekta autori šo parādību nosauca par “Svētā Vita mehānisko deju”. Neatkarīgi no tā, cik smagi cīnījās General Electric dizaineri, viņiem neizdevās tikt galā ar izlīdzināšanu un vibrācijām. 70. gadu sākumā Hardimana projekts tika slēgts.
Turpmākajos gados darbs eksoskeletu virzienā kļuva neaktīvs. Laiku pa laikam dažādas organizācijas sāka ar tām nodarboties, taču gandrīz vienmēr vēlamais rezultāts nesekoja. Tajā pašā laikā eksoskeleta izveides mērķis ne vienmēr bija tā militārais pielietojums. 70. gados Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta darbinieki bez lieliem panākumiem izstrādāja šīs klases aprīkojumu, kas paredzēts invalīdu ar muskuļu un skeleta sistēmas traumu rehabilitācijai. Diemžēl tajā laikā inženieri arī traucēja sinhronizēt dažādas uzvalka daļas. Jāatzīmē, ka eksoskeletiem ir vairākas raksturīgas iezīmes, kas to veidošanu nepadara mazliet vieglāku. Tādējādi ievērojams cilvēka operatora fizisko spēju uzlabojums prasa atbilstošu enerģijas avotu. Pēdējais savukārt palielina visa aparāta izmērus un pašmasu. Otrs aizķeršanās slēpjas cilvēka un eksoskeleta mijiedarbībā. Šādas iekārtas darbības princips ir šāds: cilvēks veic jebkādas kustības ar roku vai kāju. Īpaši sensori, kas saistīti ar viņa ekstremitātēm, saņem šo signālu un pārraida atbilstošo komandu uz darbības elementiem - hidrauliskiem vai elektriskiem mehānismiem. Vienlaikus ar komandu izdošanu šie paši sensori nodrošina, ka manipulatoru kustība atbilst operatora kustībām. Papildus kustību amplitūdu sinhronizēšanai inženieri saskaras ar laika jautājumu. Lieta ir tāda, ka jebkuram mehāniķim ir noteikts reakcijas laiks. Tāpēc tas būtu jāsamazina, lai nodrošinātu ērtu eksoskeleta izmantošanu. Attiecībā uz maziem, kompaktiem eksoskeletiem, kas tagad tiek uzsvērti, cilvēku un mašīnu kustību sinhronizācijai ir īpaša prioritāte. Tā kā kompaktais eksoskelets neļauj palielināt atbalsta virsmu utt., Mehāniķi, kuriem nav laika pārvietoties kopā ar personu, var nelabvēlīgi ietekmēt lietošanu. Piemēram, mehāniskās "kājas" savlaicīga kustība var novest pie tā, ka cilvēks vienkārši zaudē līdzsvaru un nokrīt. Un tas ir tālu no visām problēmām. Acīmredzot cilvēka kājai ir mazāk brīvības pakāpju nekā rokai, nemaz nerunājot par roku un pirkstiem.
Jaunākā militāro eksoskeletu vēsture sākās 2000. Pēc tam amerikāņu aģentūra DARPA uzsāka EHPA programmas sākumu (Exoskeletons for Human Performance Augmentation - Exoskeletons for performance of human performance). EHPA programma bija daļa no lielāka Land Warrior projekta, lai radītu nākotnes karavīra izskatu. Tomēr 2007. gadā Land Warrior tika atcelts, bet tā eksoskeleta daļa tika turpināta. EHPA projekta mērķis bija izveidot t.s. pilnīgs eksoskelets, kas ietvēra pastiprinātājus cilvēka rokām un kājām. Tajā pašā laikā nebija nepieciešami ieroči vai atrunas. Par DARPA un Pentagonu atbildīgās amatpersonas labi zināja, ka pašreizējais stāvoklis eksoskeletu jomā vienkārši neļauj tos aprīkot ar papildu funkcijām. Tāpēc EHPA programmas darba uzdevumi paredz tikai iespēju karavīram ilgstoši pārvadāt eksoskeletā aptuveni 100 kilogramu smagu kravu un palielināt tās kustības ātrumu.
Sakrosa un Bērklija universitāte (ASV), kā arī japāņu Cyberdyne Systems izteica vēlmi piedalīties jaunu tehnoloģiju izstrādē. Kopš programmas sākuma ir pagājuši divpadsmit gadi, un šajā laikā dalībnieku sastāvā ir notikušas dažas izmaiņas. Sakros tagad ir kļuvis par Raytheon koncerna daļu, un universitātes nodaļa ar nosaukumu Berkeley Bionics ir kļuvusi par Lockheed Martin nodaļu. Tā vai citādi EHPA programmas ietvaros tagad ir izveidoti trīs eksoskeletu prototipi: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL un Raytheon XOS.
Pirmais no uzskaitītajiem eksoskeletiem - HULC - pilnībā neatbilst DARPA prasībām. Fakts ir tāds, ka 25 kilogramu konstrukcijā ir tikai muguras atbalsta sistēma un mehāniskās "kājas". Roku atbalsts HULC netiek ieviests. Tajā pašā laikā HULC operatora fiziskās iespējas tiek palielinātas, jo caur muguras atbalsta sistēmu lielākā daļa roku slodzes tiek pārnesta uz eksoskeleta spēka elementiem un galu galā "iet" zemē. Pateicoties pielietotajai sistēmai, karavīrs var pārvadāt līdz 90 kilogramiem kravas un vienlaikus piedzīvot kravu, kas atbilst visiem armijas standartiem. HULC tiek darbināts ar litija jonu akumulatoru, kas ilgst līdz astoņām stundām. Ekonomiskajā režīmā cilvēks eksoskeletā var staigāt ar ātrumu 4-5 kilometri stundā. Maksimālais iespējamais HULC ātrums ir 17-18 km / h, taču šāds sistēmas darbības režīms ievērojami samazina darbības laiku no vienas akumulatora uzlādes. Nākotnē Lockheed Martin sola aprīkot HULC ar degvielas elementiem, kuru ietilpība būs pietiekama ekspluatācijas dienai. Turklāt turpmākajās versijās dizaineri sola "robotizēt" rokas, kas ievērojami palielinās eksoskeleta lietotāja iespējas.
Raytheon līdz šim ir prezentējis divus nedaudz līdzīgus eksoskeletus ar indeksiem XOS-1 un XOS-2. Tie atšķiras pēc svara un izmēra parametriem un līdz ar to vairākām praktiskām īpašībām. Atšķirībā no HULC, XOS saime ir aprīkota ar roku atvieglošanas sistēmu. Abi šie eksoskeleti var pacelt aptuveni 80-90 kilogramus sava svara. Jāatzīmē, ka abu XOS dizains ļauj uz mehāniskām rokām uzstādīt dažādus manipulatorus. Jāatzīmē, ka XOS-1 un XOS-2 līdz šim ir ievērojams enerģijas patēriņš. Šī iemesla dēļ tie vēl nav autonomi un tiem ir nepieciešams ārējs barošanas avots. Attiecīgi par maksimālo braukšanas ātrumu un akumulatora darbības laiku nevar runāt. Bet, pēc Raytheon domām, kabeļu jaudas nepieciešamība nebūs šķērslis XOS izmantošanai noliktavās vai militārajās bāzēs, kur ir atbilstošs elektroenerģijas avots.
Trešais EHPA programmas paraugs ir Cyberdyne HAL. Šodien aktuāla ir HAL-5 versija. Šis eksoskelets zināmā mērā ir pirmo divu maisījums. Tāpat kā HULC, to var izmantot neatkarīgi - baterijas ilgst 2,5-3 stundas. Ar XOS saimi Cyberdyne Systems attīstību apvieno dizaina "pilnīgums": tas ietver atbalsta sistēmas gan rokām, gan kājām. Tomēr HAL-5 kravnesība nepārsniedz pāris desmitus kilogramu. Līdzīga situācija ir ar šīs attīstības ātruma īpašībām. Fakts ir tāds, ka japāņu dizaineri ir koncentrējušies nevis uz militāru izmantošanu, bet uz invalīdu rehabilitāciju. Acīmredzot šādiem lietotājiem vienkārši nav vajadzīgs liels ātrums vai kravnesība. Attiecīgi, ja militārpersonas ir ieinteresētas HAL-5 pašreizējā stāvoklī, uz tā pamata būs iespējams izgatavot jaunu eksoskeletu, kas ir asināts militārām vajadzībām.
No visām EHPA konkursam iesniegtajām daudzsološo eksoskeletu iespējām tikai HULC līdz šim ir sasniedzis testēšanu kopā ar militāro spēku. Vairākas citu projektu iezīmes joprojām neļauj sākt izmēģinājumus uz vietas. Septembrī vairāki HULC komplekti tiks nosūtīti pa daļām, lai reālos apstākļos izpētītu eksoskeleta iezīmes. Ja viss noritēs gludi, liela mēroga ražošana sāksies 2014.-15.
Tikmēr zinātniekiem un dizaineriem būs labākas koncepcijas un dizains. Visgaidītākais jauninājums eksoskeletu jomā ir robotu cimdi. Esošie manipulatori vēl nav īpaši ērti, lai izmantotu instrumentus un tamlīdzīgus priekšmetus, kas paredzēti manuālai lietošanai. Turklāt šādu cimdu radīšana ir saistīta ar vairākām grūtībām. Kopumā tie ir līdzīgi citiem eksoskeleta komplektiem, taču šajā gadījumā sinhronizācijas problēmas pastiprina liels skaits mehānisko elementu, cilvēka rokas kustības iezīmes utt. Nākamais solis eksoskeletu attīstībā būs neiroelektroniskā interfeisa izveide. Tagad mehānikas kustību kontrolē sensori un servopiedziņas. Inženieriem un zinātniekiem ērtāk ir izmantot vadības sistēmu ar elektrodiem, kas noņem cilvēka nervu impulsus. Cita starpā šāda sistēma samazinās mehānismu reakcijas laiku un līdz ar to palielinās visa eksoskeleta efektivitāti.
Kas attiecas uz praktisko pielietojumu, pēdējā pusgadsimta laikā viedokļi par to gandrīz nav mainījušies. Militārpersonas joprojām tiek uzskatītas par daudzsološo sistēmu galvenajiem lietotājiem. Viņi var izmantot eksoskeletus iekraušanas un izkraušanas operācijās, munīcijas sagatavošanā un turklāt kaujas situācijā, lai uzlabotu cīnītāju spējas. Jāatzīmē, ka eksoskeletu nestspēja būs noderīga ne tikai militārajiem spēkiem. Plaša tehnoloģiju izmantošana, kas ļauj personai ievērojami palielināt savas fiziskās iespējas, var mainīt visu loģistikas un kravu pārvadājumu seju. Piemēram, kravas puspiekabes iekraušanas laiks, ja nav iekrāvēju, samazināsies par desmitiem procentu, kas palielinās visas transporta sistēmas efektivitāti. Visbeidzot, nervu kontrolētie eksoskeleti palīdzēs invalīdiem atbalstīt cilvēkus atkal dzīvot pilnvērtīgu dzīvi. Turklāt lielas cerības tiek liktas uz neiroelektronisko saskarni: mugurkaula traumu gadījumā utt. Traumu gadījumā smadzeņu signāli var nesasniegt noteiktu ķermeņa zonu. Ja mēs viņus “pārtveram” uz bojāto nervu zonu un nosūtām uz eksoskeleta kontroles sistēmu, tad cilvēks vairs nebūs tikai ratiņkrēslā vai gultā. Tādējādi militārā attīstība var atkal uzlabot ne tikai militārpersonu dzīvi. Pagaidām, veidojot lielus plānus, jāatceras par Lockheed Martin HULC eksoskeleta izmēģinājuma darbību, kas sāksies tikai rudenī. Pamatojoties uz tā rezultātiem, no potenciālajiem lietotājiem varēs spriest gan par visas nozares perspektīvām, gan interesi par to.
