Уводзіны: Экзашкілет, значна больш чым вонкавы шкілет
Доўгі час абмежаваны старонкамі навукова-фантастычных раманаў і кінаэкранамі, экзашкілет здзейсніў ашаламляльную трансфармацыю. Ён перайшоў ад статусу футурыстычнай канцэпцыі да матэрыяльнай тэхналогіі, здольнай глыбока змяніць нашыя адносіны з фізічным намаганнем. Сёння, далёка ад простай робатаванай брані, ён вызначаецца як партнёр для дапамогі і паляпшэння, які выкарыстоўваецца ў такіх розных галінах, як медыцына, прамысловасць і адпачынак. Мэта гэтай артыкула - падрабязна расшыфраваць вызначэнне экзашкілета, яго складаны прынцып дзеяння і канкрэтныя практычныя прыкладанні, ілюструючы выкладзенае перадавымі інавацыямі, такімі як распрацаваныя Exyvex.
За межамі навуковай фантастыкі: тэхналагічная рэальнасць
Ідэя вонкавай канструкцыі, якая павялічвае чалавечую сілу, старая, але яе практычная рэалізацыя нядаўняя. Ад знакавых апавяданняў да лабараторных прататыпаў, шлях быў доўгім.
- Эвалюцыя канцэпцыі, ад навукова-фантастычных раманаў да даследчых лабараторый. Калектыўная ўява была падтрымана такімі творамі, як "Зорны дэсант" або "Чужыя". Гэтыя вобразы заклалі аснову мары: павялічыць чалавечыя магчымасці ў некалькі разоў. Гэтая мара паступова перайшла ў лабараторыі робататэхнікі і біямеханікі, дзе інжынеры і навукоўцы пачалі вырашаць каласальныя тэхнічныя задачы пераноснай рухальнай дапамогі.
- Пераход да канкрэтных прылад для дапамогі і паляпшэння фізічных магчымасцей. Мяжа паміж фантастыкай і рэальнасцю знікла з прыходам больш лёгкіх матэрыялаў, магутных мініяцюрных рухавікоў і разумных алгарытмаў. Экзашкілет больш не з'яўляецца аб'ектам фантазій, а інструментам, які дапамагае рабочаму на зборачнай лініі, дазваляе чалавеку з параплегіяй зноў устаць на ногі або дапамагае турысту падняцца на перавал без знясілення.
- Прадстаўленне мэты артыкула: расшыфраваць вызначэнне, прынцып дзеяння і практычныя прыкладанні экзашкілетаў. Мы дэмістыфікуем гэтую тэхналогію, даследуючы яе асноўныя прынцыпы, яе электронныя "мазгі" і "цягліцы", і яе варыяцыі ў рэальным свеце. Такія рашэнні, як нагавы экзашкілет Exyvex, будуць служыць прыкладам, каб праілюстраваць, як гэтая інавацыя ўвасабляецца ў даступных прадуктах, у прыватнасці для турызму і дапаможнай мабільнасці.
Што такое экзашкілет? Дакладнае вызначэнне і асноўныя прынцыпы
Перад тым як паглыбіцца ў яго прыкладанні, вельмі важна ўсталяваць яго чыстае тэхнічнае вызначэнне і зразумець тэхналагічныя сямействы, якія яго складаюць.
Тэхнічнае вызначэнне: пераносная робататэхнічная прылада
Экзашкілет - гэта пераносная робататэхнічная прылада, якая насіцца карыстальнікам і распрацавана для дынамічнага ўзаемадзеяння з яго целам. Яго першасная функцыя - дапамагаць, павялічваць аднаўляць рухі і рухальныя функцыі.
- Чыстае вызначэнне: вонкавая канструкцыя, якая насіцца карыстальнікам, распрацаваная для дапамогі, павелічэння або аднаўлення руху. Гэта літаральна "вонкавы шкілет", які дадаецца да біялагічнага шкілета. Ён можа забяспечваць дадатковую сілу, падтрымліваць частку вагі цела або накіроўваць канечнасць у дакладным руху.
- Адрозненне ад простага інструмента або пасіўнай артэзы: дынамічнае ўзаемадзеянне з карыстальнікам. У адрозненне ад шыны, якая імабілізуе, або вазка, які нясе груз, экзашкілет знаходзіцца ў пастаянным узаемадзеянні з тым, хто яго носіць. Ён выяўляе намер карыстальніка да руху і рэагуе на яго ў рэальным часе прапарцыйнай дапамогай.
- Ключавыя кампаненты: механічная канструкцыя (шасі, суставы), прывады (рухавікі), датчыкі і блок кіравання. Шасі (часта з лёгкага сплаву або вугляроднага валакна) перадае сілы. Робатаваныя суставы выраўноўваюцца з біялагічнымі суставамі (сцягно, калена). Прывады (звычайна электрычныя рухавікі) генеруюць сілу. Датчыкі (інерцыйныя, сілавыя, ЭМГ) збіраюць дадзеныя з цела. Нарэшце, блок кіравання (убудаваны камп'ютар) апрацоўвае гэтыя дадзеныя і кіруе прывадамі.
Пасіўны vs актыўны экзашкілет: зразумець розніцу
Гэта адрозненне з'яўляецца фундаментальным для ўспрыняцця ўзроўняў дапамогі і вобласцей прымянення.
- Пасіўны экзашкілет: выкарыстоўвае спружыны, эластычныя стужкі або механічныя сістэмы для захоўвання і вяртання энергіі без знешняга крыніцы харчавання. Ён працуе як велізарная спружына. Напрыклад, пры згінанні ён захоўвае энергію, каб вярнуць яе пры расцяжэнні, такім чынам зніжаючы чыстае цягліцавае намаганне. Перавагі: лёгкі, недарагі, часта больш просты. Абмежаванні: абмежаваная дапамога і неадаптыўны. Дапамога вызначаецца механікай і не карэктуецца ў залежнасці ад інтэнсіўнасці намаганняў або мясцовасці.
- Актыўны экзашкілет: уключае рухавікі або прывады, кіраваныя ўбудаваным інтэлектам. Гэта самая прасунутая катэгорыя. Ён мае ўласную крыніцу энергіі (акумулятар) і "інтэлект", які разлічвае неабходную дапамогу. Ён забяспечвае магутную і адаптыўную рухальную дапамогу. Ён можа генераваць значныя сілы, адаптавацца ў рэальным часе да хуткасці хады, схілу або несенага грузу. Гэта тэхналогія, якая выкарыстоўваецца такімі перадавымі рашэннямі, як нагавы экзашкілет Exyvex, каб прапанаваць прапарцыйную і натуральную дапамогу пры хаджэнні на адкрытым паветры.
Як працуе экзашкілет? Тэхналогія, якая стаіць за дапамогай
Цуд экзашкілета заключаецца ў яго здольнасці ствараць плаўную сімбіёзу паміж чалавекам і машынай. Гэты працэс раскладаецца на дзве асноўныя стадыі.
Дыялог чалавек-машына: датчыкі і намер руху
Першая стадыя - зразумець, што карыстальнік хоча зрабіць. Гэта роля датчыкаў і алгарытмаў.
- Роля датчыкаў (ЭМГ, інерцыйных, сілавых): выяўляць біялагічныя сігналы або мікрарухі карыстальніка. Інерцыйныя датчыкі (IMU) вымяраюць арыентацыю і паскарэнне сегментаў цела. Сілавыя датчыкі выяўляюць ціск, які аказваецца на падэшву або дзяржальню. Датчыкі ЭМГ (электраміяграфія), размешчаныя на скуры, могуць улавіць электрычную актыўнасць цягліц яшчэ да пачатку руху.
- Алгарытм у сэрцы сістэмы: інтэрпрэтацыя дадзеных датчыкаў для прадбачання намеру руху. Гэтая маса сырых дадзеных адпраўляецца да складанага алгарытму. За долю секунды ён вызначае, ці хоча карыстальнік ўстаць, ісці, падняць груз або прысесці. Ён прадказвае фазу руху (пачатак кроку, адштурхванне...) і неабходнае намаганне.
- Як Exyvex аптымізуе гэтае выяўленне для плаўнай і натуральнай дапамогі. Для дынамічных выкарыстанняў, такіх як турызм, выяўленне павінна быць вельмі хуткім і дакладным. Такія рашэнні, як Exyvex, выкарыстоўваюць прасунутыя алгарытмы для інтэрпрэтацыі мікрарухаў таза і ног, што дазваляе прадбачыць кожны крок на розным рэльефе і ўключыць дапамогу ў ідэальны момант, без рыўка, для адчування падсіленай натуральнай хады.
Ад намеру да дзеяння: рухавікі і перадача сілы
Пасля таго, як намер зразумелы, трэба перавесці яго ў фізічную дапамогу.
- Прывады (звычайна электрычныя рухавікі) генеруюць сілу дапамогі. Гэта "цягліцы" экзашкілета. Яны пераўтвараюць электрычную энергію акумулятара ў механічны крутоўны момант, часта праз рэдуктар для павелічэння сілы.
- Перадача гэтай сілы карыстальніку праз механічную канструкцыю, у ідэальнай сінхранізацыі з яго суставамі. Сіла, згенераваная рухавіком, перадаецца праз стрыжні, рамяні або тросы да кропак кантакту на целе карыстальніка (сцёгны, ікры, торс). Робатаваны сустаў павінен быць ідэальна выраўнаваны з біялагічным суставам, каб пазбегнуць шкодных напружанняў і забяспечыць эфектыўную перадачу сілы.
- Важнасць кіравання ў замкнёным контуры для карэкціроўкі дапамогі ў рэальным часе. Сістэма не проста выконвае загад. Яна пастаянна вымярае вынік сваіх дзеянняў з дапамогай датчыкаў (зваротная сувязь па сіле, становішчы). Гэтая пятля зваротнай сувязі дазваляе алгарытму карэкціраваць дапамогу ў рэальным часе ў залежнасці ад мясцовасці (пад'ём, спуск, няроўная сцежка), несенага грузу або ўзроўню стомленасці карыстальніка, гарантуючы аптымальную і бяспечную дапамогу ва ўсіх абставінах.
Розныя тыпы экзашкілетаў і іх прыкладанні
Тэхналогія экзашкілетаў падзяляецца на некалькі асобных сямействаў, якія адказваюць на канкрэтныя патрэбы.
Медыцынскія экзашкілеты і экзашкілеты для рэабілітацыі
Гэта была першая вялікая вобласць прымянення з тэра
