Egzoszkielet wspomagany

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 lub hydraulicznych (rzadko przekładni mechanicznych) 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).

Tematyka 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.
• 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

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 - 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

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.

Teoretycznie sterowanie egzoszkieletem mogłoby się odbywać bezpośrednio z użyciem fal mózgowych - po podłączeniu do głowy osoby serii elektrod, odpowiednie rodzaje impulsów, przekazywane byłyby do komputera, który na tej podstawie uruchamiałby odpowiednie funkcje egzoszkieletu. Jednak obecnie nie istnieją jeszcze prototypy działające w ten sposób.

Występowanie w SF

Literatura

• 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 Harrigton 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.

Filmy

• W serialu animowanym "Ghost 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 APM (Amplified Mobility Platform - Platforma Zwiększonej Mobilności; PZM), zdolnych używać ciężkiego uzbrojenia, m.in. ciężkich działek kalibru 30 mm typu GAU-90.

Gry

• W serii gier Fallout występuje pancerz wspomagany (ang. Power Armor). Zbroja ta zwiększa siłę i jest 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 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 nano mięśnie został zaczerpnięty z "Żołnierza Przyszłości" rozwijanego w ramach programu FCS.

• W FPS-ie wyprodukowanym przez Techland p.t. "Chrome: SpecForce" główni bohaterowie gry są wyposażeni w pancerz wspomagany.

• W grze STALKER egzoszkielet występuje jako kombinezon najlepiej chroniący przed ostrzałem z broni palnej. 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 grze Starcraft: Brood War 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 serii gier Half-Life występujący jako HEV "Hazardous Environment" zapewniający dodatkową ochronę,monitorowanie stanu zdrowia i amunicji a także wykrywaniu promieniowania.

Linki zewnętrzne

Artykuły

• Artykuł The Rise of the Body Bots w czasopiśmie IEEE Spectrum (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

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
• SpringWalker Walking Aid (ang.)
• Informacje o projekcie WPAS (Wearable Power Assist Suit) (ang.)