science >> Wetenschap > >> anders

Hoe exoskeletten zullen werken

Een exoskeleton-pak wordt getoond door het Amerikaanse leger. Amerikaanse leger

Als je een fan bent van de "Iron Man" stripboeken en films, je bent waarschijnlijk gefascineerd door de aangedreven, vlieggeschikt harnas dat de fictieve industrieel Tony Stark aantrekt wanneer hij eropuit trekt om kwaaddoeners te bestrijden. Zou het niet geweldig zijn om er zo eentje in de buurt te hebben?

Het zal je misschien verbazen te horen dat, op een dag binnenkort, een iets minder ongelooflijke versie van Iron Man's pak kan Amerikaanse soldaten in staat stellen sneller te rennen, draag zwaardere wapens en spring over obstakels op het slagveld. En op hetzelfde moment, het zal hen beschermen tegen de effecten van kogels en bommen. Het leger heeft gewerkt aan het concept van het aangedreven exoskelet, een technologie die is ontworpen om het menselijk lichaam en zijn mogelijkheden te vergroten, sinds de jaren zestig. Maar door recente ontwikkelingen op het gebied van elektronica en materiaalwetenschap lijkt dit idee eindelijk praktisch.

In 2010, defensieaannemer Raytheon demonstreerde de experimentele XOS 2 -- in wezen, een draagbare robot geleid door het menselijk brein -- die twee tot drie keer zoveel gewicht kan tillen als een mens zonder hulp, zonder enige inspanning van de gebruiker. Een ander bedrijf, Trek Lucht- en ruimtevaart, ontwikkelt het Springtail Exoskeleton Flying Vehicle, een exoskelet frame met een jetpack ingebouwd, die in staat zou kunnen zijn om tot 70 mijl per uur (112,6 kilometer per uur) te vliegen en bewegingloos duizenden voet boven de grond te zweven, ook [bron:Hanlon].

Maar naast het leger kunnen ook anderen profiteren van de komst. Het is mogelijk dat op een dag mensen met ruggengraatverwondingen of spierverslindende ziekten zich net zo gemakkelijk kunnen verplaatsen als volledig bekwame mensen, dankzij apparaten voor het hele lichaam - in wezen, draagbare robots -- die hen in staat stellen te doen wat hun eigen spieren en zenuwen niet kunnen. Vroege versies van dergelijke aangedreven exoskeletten, zoals de $ 150 van Argo Medical Technologies, 000 ReWalk-apparaat, zijn al op de markt [bronnen:Argo Medical Technologies, ugwu].

Hoe zullen toekomstige generaties aangedreven exoskeletten een revolutie teweegbrengen in zowel het slagveld als het bestaan in vredestijd? En, welke technische hindernissen moeten onderzoekers en ontwerpers overwinnen om aangedreven exoskeletten echt praktisch te maken voor dagelijks gebruik?

Eerst, laten we eens kijken waar het concept vandaan komt, en hoe het is geëvolueerd.

Inhoud

De geschiedenis van menselijke vergroting
Mens en machine veranderen
Uitdagingen van ontwikkeling

De geschiedenis van menselijke vergroting

Krijgers dragen al sinds de oudheid harnassen op hun lichaam, maar het idee van een lichaam met mechanische spieren verscheen in 1868 in sciencefiction, toen Edward Sylvester Ellis een dubbeltje publiceerde, "De stoomman van de prairies." Het boek beeldde een gigantische stoommachine in de vorm van een mens af die zijn uitvinder sleepte, de ingenieuze Johnny Brainerd, erachter in een kar met snelheden van 60 mijl per uur (96,5 kilometer per uur), terwijl het buffels achtervolgde en Indianen terroriseerde [bron:Landon].

Tegen 1961, twee jaar voordat de fictieve Iron Man werd gemaakt door Marvel Comics, het Pentagon had zelfs voorstellen ingediend voor echte draagbare robots. Een artikel van Associated Press berichtte over de zoektocht naar de ontwikkeling van de "servo-soldaat, " die het beschreef als "een menselijke tank uitgerust met stuurbekrachtiging en rembekrachtiging" die in staat zou zijn om sneller plezier te maken en zware voorwerpen op te tillen, en die immuun zou zijn voor kiemoorlogvoering, gifgas en zelfs hitte en straling van nucleaire ontploffingen [bron:Cormier]. Tegen het midden van de jaren zestig, Cornell University-ingenieur Neil Mizen had een draagbaar exoskelet van 15,8 kilogram ontwikkeld, het "superman-pak" of de "man-versterker" genoemd, " waarvan het tijdschrift Popular Science vrolijk voorspelde dat een gebruiker uiteindelijk 1 zou kunnen optillen, 000 pond (453,6 kilogram) met elke hand. In de tussentijd, General Electric ontwikkelde plannen voor een apparaat van 5,5 meter hoog, de "pedipulator, " die zijn operator naar binnen zou dragen [bron:Cloud].

Die concepten bleken onpraktisch, maar het onderzoek ging door. In 1980, wetenschappers van het Los Alamos National Laboratory hebben een ontwerp gemaakt voor iets dat het Pitman-pak wordt genoemd, een door het hele lichaam aangedreven exoskelet voor gebruik door infanteristen van het Amerikaanse leger. Maar het bleef op de tekentafel. In de jaren 1990, het onderzoekslaboratorium van het Amerikaanse leger in Aberdeen Proving Ground onderzocht het bouwen van een pak dat enige gelijkenis vertoonde met dat van Iron Man, maar dat project kwam ook nergens [bron:Guizzo].

Voor jaren, toekomstige makers van exoskeletten werden gedwarsboomd door de beperkingen van de technologie. Computers waren te traag en nietig om de verwerking te doen die nodig is om een pak te laten reageren op de commando's of bewegingen van een drager. Er was geen energievoorziening die voldoende draagbaar was, en actuatoren, de elektromechanische spieren die een exoskelet zouden verplaatsen, waren gewoon te zwak en omvangrijk om te werken als een menselijk lichaam. Hoe dan ook, het idee van een gemechaniseerde, gepantserde supersoldaat was nog steeds aantrekkelijk voor legergeneraals, en wetenschappers en ontwerpers bleven zwoegen op de mogelijkheden [bron:Guizzo].

In de volgende sectie, we zullen kijken naar de vooruitgang die ze hebben geboekt bij het oplossen van die problemen en het ontwikkelen van een praktisch aangedreven exoskelet.