В этом году члены горно-спасательной службы Сиэтла отправляются в дебри тихоокеанского северо-запада США, облаченные в необычное снаряжение.
Они выходят в дикую местность с электроприводными вспомогательными устройствами, прикрепленными к их бедрам и ногам. Эти устройства, предназначенные для увеличения силы нижней части тела при подъеме или переноске тяжелых грузов, проходят испытания, чтобы выяснить, смогут ли они повысить скорость и выносливость спасателей, когда это наиболее важно – во время поиска застрявших людей.
Подобные устройства называются экзоскелетами человека. Они прикрепляются к частям тела, создавая внешнюю – или «экзо» – механическую структуру. Эта силовая оправа расширяет физические возможности владельца.
В областях с физическими нагрузками рабочие все чаще используют эти устройства при выполнении тяжелых задач. IKEA использует экзоскелеты SuitX уже несколько лет. Они помогают работникам склада обращаться с тяжелыми материалами. Ford, Boeing и Mazda Toyota также внедрили эту технологию на некоторых своих сборочных линиях.
В Финляндии недавний проект под названием ExoPELA оценивал, могут ли экзоскелеты снизить мышечную нагрузку и напряжение при спасательных и пожарных работах. Он показал заметные преимущества для пользователей в некоторых реальных задачах.
А в начале 2026 года украинские военные сообщили, что их солдаты использовали экзоскелеты Hypershell на передовой для переноски артиллерийских снарядов. По результатам испытаний солдаты, носящие устройства, “снижают утомляемость, работают быстрее и дольше сохраняют боеспособность”, сообщил в марте газете “Украинская правда” полковник Виталий Сердюк.
Также доступны многочисленные потребительские и клинические устройства, предназначенные для ежедневной помощи, реабилитации и физических упражнений. По некоторым оценкам, общий объем сектора в настоящее время оценивается примерно в 500 миллионов долларов США (370 миллионов фунтов стерлингов) и прогнозируется, что к середине 2030-х годов его размер может удвоиться или утроиться.
За последнее десятилетие технология экзоскелетов значительно продвинулась вперед. Во многом это происходит благодаря тому, что роботизированные двигатели, датчики и системы управления становятся все более доступными. Однако концепция повышения работоспособности человека с помощью устройств, подобных экзоскелетам, возникла гораздо раньше.
Одна из самых ранних известных концепций была запатентована в 1890 году Николаем Ягном, русским изобретателем-самоучкой, который разработал портативные тренажеры. А в 1919 году американец Лесли К. Келли получил патент на паровое устройство для поддержки ходьбы — одну из первых концепций экзоскелета с приводом.
К концу 1960-х годов было разработано несколько приводимых в действие роботизированных экзоскелетов с электронными системами управления. С тех пор исследования и разработки экзоскелетов быстро развивались, что привело к появлению множества устройств с коммерческим и клиническим применением.
Как они работают?
Экзоскелеты генерируют силы, которые делают владельца сильнее, двигаются быстрее или медленнее утомляются.
Некоторые устройства также улучшают точность и ловкость движений или поддерживают общую осанку. Некоторые из них предназначены для того, чтобы поднять человеческие способности за пределы того, что обычно возможно. Другие помогают пациентам с ограниченными физическими возможностями.
Современные активные роботизированные экзоскелеты обычно состоят из легкого механического каркаса с эргономичными креплениями к телу человека. Обычно их прикрепляют к туловищу, талии, верхней или нижней части ног.
Например, устройство Hypershell, представленное в Украине, прикрепляется к талии и бедрам пользователя, чтобы помочь сгибать и разгибать бедра, а также усиливать движения нижней части тела. Устройство SuitX, используемое IKEA, крепится к туловищу и верхним конечностям для поддержки спины и плеч.
В большинстве экзоскелетов с электроприводом механические компоненты, называемые приводами, преобразуют электричество от батарей в механическое движение, генерируя силы, которые поддерживают или усиливают движение тела.
Исполнительные механизмы координируются блоками управления, встроенными в экзоскелет. Они определяют траектории движений экзоскелета и силу, приложенную к телу пользователя. То, как именно и насколько сильно устройство движется, зависит от задачи и состояния пользователя — устройство использует датчики, чтобы определить, что необходимо.
Например, если пользователь начнет бежать, экзоскелет ускорит поддерживающие движения. Если он почувствует, что они начинают уставать, он может увеличить выходную мощность, чтобы компенсировать это.
Блоки управления обычно заранее программируются под конкретные задачи, хотя современные экзоскелеты становятся все более адаптивными. Некоторые из них оснащены алгоритмами, которые изучают реальные рабочие привычки пользователей, чтобы лучше поддерживать их действия.
Однако помощь, оказываемая экзоскелетами, обычно делится на три категории.
Увеличение мощности увеличивает силовые способности пользователя. Это обычно наблюдается во вспомогательных экзоскелетах, например, используемых IKEA и в Украине.
Настройки «Помощь по мере необходимости» или «Сопротивление по мере необходимости» обеспечивают поддержку тела только при необходимости. Эта настройка часто используется в устройствах реабилитации, чтобы помочь пользователям тренировать свое тело, чтобы восстановить утраченные способности.
Наконец, существует полное роботизированное управление, при котором экзоскелет полностью контролирует часть тела. Это для пользователей, которые потеряли определенные двигательные функции. Например, экзоскелет для нижней части тела может использовать полное роботизированное управление, позволяя человеку с травмой спинного мозга ходить.
Эти методы работы можно комбинировать и адаптировать в соответствии с конкретной задачей, средой и потребностями пользователя.
Что дальше?
В настоящее время большинство экзоскелетов полагаются на обратную связь от датчиков, чтобы определить, как ведут себя экзоскелеты; они полностью механические. Но в будущем экзоскелеты смогут получать питание от сигналов мышц или мозга владельца. Исследования изучают этот вопрос, но это остается проблемой. Использование этих сигналов может потребовать инвазивного интерфейса и обширной пользовательской калибровки и адаптации.
Власть – еще одна актуальная проблема. Батареи необходимо интегрировать в экзоскелеты и регулярно заряжать. Это накладывает ограничения на вес и размер, которые влияют на практичность. Однако плотность энергии батарей продолжает улучшаться.
Новые материалы также раздвигают границы возможного. Экзоскелеты состоят из мягкой ткани или резиноподобных материалов, которые можно использовать в одежде, обуви или защитном снаряжении.
Исследования шагающих экзоскелетов в 1960-х и 1970-х годах способствовали разработке первого гуманоидного двуногого робота. Это пройдено полный круг. Интерес к гуманоидной робототехнике сейчас ускоряет разработку приводов и аккумуляторов. Это будет способствовать развитию носимых роботизированных технологий завтрашнего дня.
Ильдар Фархатдинов, старший преподаватель кафедры медицинской техники (робототехника и мехатроника), Королевский колледж Лондона
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.
