Есть на Земле один знаменитый человек. Все его мускулы парализованы. Он может подавать сигналы только морща правую щеку. Неподвижно, но чрезвычайно активно провел он пять десятилетий из семидесяти двух лет своей жизни. Дважды женился, родил троих детей.
Испытал состояние невесомости. Собирается слетать в космос. Стал самым известным в мире специалистом по космологии и рассказал человечеству, откуда взялась Вселенная.
Его зовут Стивен Хокинг. Он – профессор Кембриджского университета в Англии.
Парализованный со студенческих лет Хокинг недавно изобрел для себя экзоскелет из титанового сплава, который дал ему богатырскую мощь. Профессор явился в новом экзокостюме на пресс-конференцию в родной университет и продемонстрировал все его фишки, докладывает американский таблоид «The Onion».
В громоздком экзоскелете с гидравлическим приводом Стивен Хокинг способен безопасно работать с радиоактивными изотопами и убийственными элементарными частицами. Его новые руки робота могут одним пальцем расщелкивать вражеские танки, словно скорлупу ореха.
Среди других особенностей костюма стоимостью $ 55 млн долларов –лазерный терминал, компактные баллоны со сжатым кислородом для глубоководных погружений и работы в открытом космосе, реактивные сапоги-скороходы и самая высокотехнологичная база криминалистических данных о всех злодеях мира, которой нет даже у Интерпола. «Осторожно, горе-злоумышленники, – предупредил Хокинг. – Теперь мои возможности в борьбе против плохих парней так же безграничны, как сама Вселенная».
Американское агентство сатирических новостей «The Onion» опубликовало свою новость об экзоскелете профессора Хокинга в 1997 году. Это была «утка». Экзоскелета Хокинга не существовало. А профессор Хокинг существовал и существует. Он так же активно живет, как и раньше: пишет книги об истории Вселенной, читает лекции с помощью синтезатора речи. Развелся со второй женой. А что бы он натворил, будь у него экзоскелет на самом деле?
Стать сильнее ног кузнечика
Усиливающий мускулы человека экзоскелет иначе именуют силовой броней. Он представляет собой каркас фигуры человека (или отдельных ее частей – рук, ног), который надевается, как костюм, и становится комплексом мощных дополнительных мышц. Экзоскелетом эту инженерную конструкцию назвали по аналогии с хитиновым панцирем насекомых – кутикулой: внешним скелетом, к которому прикрепляются мышцы и другие органы насекомого.
Считается, что кутикула насекомых – второй по распространённости биоматериал после древесины. Она мягкая и тонкая, и одновременно необыкновенно жесткая и прочная, как задние ноги кузнечика. Две хрупкие складные «оглобельки» ловко и упруго запускают прыгучее насекомое в планерный полет и сами по себе не ломаются.
Чтобы помогать человеку, экзоскелет должен быть легким и прочным, как кутикула насекомых, должен иметь источник энергии, который питал бы его силу. И главное: он должен действовать синхронно усилиям человека.
Первый патент на конструкцию экзоскелета был выдан совсем недавно. В 1890 году, в США его получил изобретатель русского происхождения Николай Янг. Его устройство для облегчения пеших прогулок использовало в качестве источника энергии мешки со сжатым газом.
Ближе к сегодняшнему дню, в тридцатые годы ХХ века, американцы нарисовали комикс о Железном Человеке. «Железным» человека делала как раз волшебная броня. Такую броню фантасты бросились описывать в своих романах сразу после Второй мировой войны. А в 2008 году Железный Человек с лицом Роберта Дауни-младшего вышел на киноэкраны мира из Голливуда.
Не экранную конструкцию под названием Hardiman, похожую на электрогидравлический погрузчик-экзоскелет из фильма «Чужие», компания General Electric вместе с вооруженными силами США разработала в шестидесятые годы, то есть полвека назад. Человек, одетый в Hardiman, по идее, мог поднимать груз весом 110 кг с ощущением, что держит всего 4,5 кг.
Однако в реальности надевшему экзоскелет казалось, что не он манипулирует «хардимэном», а «хардимэн» рулит хозяином. Конструкцию весом почти в 700 кг трудно было назвать удобной в эксплуатации. К тому же за ней тянулись толстые электрические кабели питания. С таким шлейфом даже при большом желании далеко не уйдешь.
Понимая трудности, инженерная мысль стала работать не универсально, а концентрируясь в отдельных направлениях: война, безопасность, медицина.
Современный гардероб Железного Человека
Модели костюмов, способных сделать суперменом даже человека слабого здоровья, уже разработали США, Япония, Россия, Франция, Великобритания, Южная Корея, Италия, Норвегия, Новая Зеландия. Собственный проект умного экзоскелета имеет и Еврокомиссия.
Большинство экзоскелетов призваны облегчить жизнь инвалидам или тем, кто ухаживает за ними. По сути это либо протезы и экзопротезы рук и ног, либо силовые конструкции для переноски мирных тяжестей на короткие расстояния.
Но Железный Человек не был мирным существом. Костюм его создан для войны. Поэтому естественно, что некоторые из существующих ныне экзоскелетов рождены по заказу военных.
Армия Соединенных Штатов Америки профинансировала производство двух моделей гардероба для превращения пеших пехотинцев в киборгов: XOS2 и HULC.
XOS2 (разработчик – инженерная компания Sarcos из Солт Лейк Сити, дочка военного концерна Raytheon) относится ко второму поколению биомеханических экзоскелетов, производимых корпорацией Raytheon. Оператор экзоскелета способен с помощью гидравлики поднимать груз тяжестью до 91 кг при собственном весе конструкции около 90 кг. Усиленная экзоскелетом рука человека может разбивать деревянную доску толщиной в три дюйма. Для удобства управления XOS2 обладает мощным вычислительным процессором и компьютеризированным боевым защитным шлемом.
Он предлагается военным в двух вариантах: облегченном боевом (облегает только ноги и таз, предназначен для переноски тяжелых рюкзаков и снаряжения) и полном (для логистических подразделений, в том числе подвешивающих бомбы к самолетам).
Прототип XOS2 представили широкой публике в 2010 году, а разрабатывали с 2000-го по заказу DARPA. Sarcos получила на разработку и проверку правильности концепции прототипа XOS около $ 15 млн.
До сих пор разработчикам не удалось обеспечить мобильность экзоскелету XOS2: он привязан кабелем к источнику питания, как сторожевая собака к будке.
Экзоскелет HULC (Human Universal Load Carrier – универсальный грузчик-носильщик) разработала компания Ekso Bionics. Ее основали под именем Berkeley ExoWorks три сотрудника Берклиевской лаборатории робототехники и биоинжиниринга Калифорнийского университета. Заполучив в качестве спонсора своего изобретения военный концерн Lockheed Martin, руководство Ekso Bionics ему и продало в 2009 году лицензию на экзоскелет HULC в интересах армии США.
Гидравлическая система HULC позволяет солдатам таскать грузы массой до 91 кг с минимальной нагрузкой на позвоночник и нижние конечности. Экзоскелет весом 24 кг из титанового сплава просто и быстро надевается на спину и ноги. Снять HULC можно без посторонней помощи всего за 30 секунд, он управляется встроенным микрокомпьютером, рекламирует свой товар Lockheed Martin.
Во время испытаний прототипа HULC солдатам приходилось по полтора часа привыкать к костюмчику, чтобы движения в нем ощущались комфортно.
В зависимости от конкретной миссии используются разные интегрированные элементы: пластины брони, климат-контроль, дополнительные датчики. Можно даже крепить к плечу пулемет или переносной ракетно-зенитный комплекс. Только держать и то, и другое придется естественной силой рук – для них силовая поддержка экзоскелетом не предусмотрена.
В октябре 2013 года концерн Lockheed Martin объявил, что HULC отправлен на тестирование в боевых условиях Афганистана. С тех пор о костюме солдата-супермена публично ничего не говорят. Только индийская газета «Deccan Chronicle» упомянула 6 апреля сего года об идущем боевом крещении экзоскелета HULC под пулями афганских талибов, «которые не знают, во что они стреляют».
Откуда экзоскелету взять ум
Экзоскелету нужен нейроинтерфейс, то есть устройство, которое снимает импульсы нейронов мозга владельца костюма, анализирует их, угадывает отданный человеческим мозгом приказ и в согласии с этим приказом управляет конечностями экзоскелета.
Бразильский нейроинженер Мигель Николесис из Центра нейроинжиниринга университета Дьюка в Северной Каролине мечтал, что экзоскелет, управляемый силой мысли, 12 июня 2014 года прошагает по полю и ударит по футбольному мячу. Невролог из Бразилии создал нейрокомпьютерный интерфейс для экзоскелета на основе электроэнцефалографии (ЭЭГ). Разгадывающий намерения человека компьютер висит у него за спиной в рюкзаке.
Федеральное инновационное агентство Бразилии выделило на международный проект Walk Again Project целых $15 млн, и ученый утверждает, что его команда уже добилась успехов. Испытания идут с февраля. Недавно появился видеоролик, демонстрирующий неуверенные движения экзоскелета под музыку из фильма «Миссия невыполнима».
Наталия Теряева