Курские ученые создают интеллектуальную «одежду»

Вполне возможно, в ближайшем будущем перед выходом из дома люди начнут не только проверять, на месте ли ключи, но и уровень зарядки батареи интеллектуальной «одежды». Пока фантастикой кажется, что мы будем надевать на себя спецприспособление, позволяющее легко переносить пару центнеров груза, не чувствуя усталости. А люди, которые передвигаются на инвалидных колясках, при его помощи смогут ходить. Ученые и студенты Юго-Западного госуниверситета приступили к созданию экзоскелета – устройства, предназначенного для увеличения силы человека за счет внешнего каркаса.

«Время покажет, чей экзоскелет эффективнее»

Самый первый образец экзоскелета был создан еще в 60-х годах прошлого века. По расчетам, с его помощью обычный человек мог поднять больше 100 килограммов. Однако пользы это устройство не принесло. Слишком много весило само приспособление – почти 700 кг! Его даже не стали испытывать на людях – при небольшом усилии железная рука делала резкое неконтролируемое движение, способное нанести вред. Работы в этой области начались и в Советском Союзе, но в перестроечное время были приостановлены... Однако до сих пор идея создания экзоскелета не дает покоя ученым. Не так давно стало известно, что в Сколково в рамках проекта «ЭкзоАтлет» создаются два вида экзоскелета: для антитеррористических работ и реабилитации инвалидов.

– Конечно, мы знаем о работах коллег по созданию экзоскелета, которые ведутся в разных странах мира, – говорит кандидат технических наук Андрей Яцун, старший преподаватель кафедры теоретической механики и мехатроники ЮЗГУ. – В Японии и США созданы полноценные устройства, но говорить, что они уже функционируют и используются на практике в различных сферах (от военной промышленности до медицины), нельзя. То есть задача по созданию экзоскелета до сих пор полностью не решена. Мы не остаемся в стороне и уже приступили к разработке своего прототипа.

Это стало возможным благодаря победе в конкурсе Российского научного фонда. На получение гранта поступило порядка 400 заявок, так что экспертному жюри пришлось нелегко, выбирая наиболее инновационные разработки. ЮЗГУ оказался в числе победителей.

– Сейчас оснащаем новую лабораторию, – замечает Яцун. – Это будет научно-технический центр с современным оборудованием. То есть сможем заниматься не только теоретической разработкой, но и производить прототипы роботов высокого уровня.

Одним из ключевых направлений исследований и является создание экзоскелета. «Что касается внешнего вида, то конструктивно все подобные устройства похожи, – поясняют курские ученые. – Но существенно отличаются алгоритмы управления. И время покажет, чей экзоскелет окажется эффективнее».

Робот в помощь

– Пока похвастать особо нечем, – улыбается Андрей Яцун, демонстрируя часть будущего экзоскелета – металлические ноги с торчащими из них проводами. – В настоящее время отрабатываем управление приводами в тазобедренном и коленном суставах. Задача комплексная – требует участия специалистов в области механики, электроники, программировании, медицины... Чтобы понять, как должен работать экзоскелет, приходится изучать анатомию человека.

Оказывается, в создании высокотехнологичного устройства активно участвуют представительницы слабого пола. «Одна наша аспирантка успешно защитила диссертацию по системам механотерапии по восстановлению подвижности мышц и нейронных связей после инсультов, травм, – поясняет курянин. – Скажем, не работает рука. Специальное механическое устройство начинает ее разрабатывать. Медицинские исследования показывают, что этот способ не просто действенен, а существенно сокращает время реабилитации. В мире наметилась тенденция перехода от промышленной к сервисной робототехнике – к созданию роботов для людей. Это поможет решить множество задач. Уход за пожилыми и инвалидами на бытовом уровне, скажем, принести тяжелую сумку или подать какой-либо предмет можно доверить роботу. В больницах такие машины могут также активно использоваться – от уборки до проведения высокотехнологичных операций».

Экзоскелет курских ученых – из этой категории. В первую очередь он будет предназначен для помощи пожилым, людям с ограниченными возможностями здоровья и нарушениями в работе опорно-двигательного аппарата.

«Конечно, он может использоваться и в строительной, и в военной сферах, – замечают разработчики. – Ведь экзоскелет повышает возможности человека, который благодаря этому устройству сможет легко поднять 150–200 килограммов и перенести груз на большое расстояние».

Работать экзоскелет будет от электрического двигателя на аккумуляторах. Вес интеллектуальной одежды – порядка 100 килограммов. Впрочем, курские ученые заверяют, что ничего страшного в этом нет – человек, надевший устройство, тяжести не почувствует. «Не человек будет носить экзоскелет, а наоборот, – улыбается Андрей. – После того как скелет примет свой завершенный облик, наступит этап настройки и тестирования. По нашим подсчетам, это конец 2015-го – начало 2016 года. Устройство новое, и только на практике можно увидеть, как оно будет взаимодействовать с человеком, будет ли удобно и понятно».

Будущими испытаниями экзоскелета уже заинтересовались многие куряне, они предлагают себя в качестве подопытных. И если для одних это просто развлечение и возможность прикоснуться к науке, то для других – надежда на полноценную жизнь. Люди с ограниченными возможностями высказывают свое желание принять участие в испытаниях. «Когда появится первый серьезный прототип, мы обязательно их пригласим, – говорит Андрей Яцун. – Они каждый день сталкиваются с трудностями и лучше нас знают, какими способностями необходимо наделить экзоскелет».

Наряду с разработкой экзоскелета ученые и аспиранты ЮЗГУ продолжают создавать роботов, предназначенных для мониторинга окружающей среды. Агрегат с симпатичной мордашкой и круглыми глазами-фарами способен забираться в труднодоступные места, приносить какой-либо предмет или пробы грунта. Для этого у него есть два манипулятора. Рядом поселились змееподобные роботы, передвигающиеся, как пресмыкающиеся. Другие устройства во время движения напоминают червей. Это перспективные направления, довольно новые с точки зрения научной составляющей.

«Есть у нас в разработке несколько прыгающих роботов, – продолжает экскурсию Андрей Яцун. – Если во время движения устройство видит перед собой препятствие, которое нельзя объехать, оно перепрыгивает его. Сейчас в продаже появились летающие устройства – гексакоптеры, которые применяются для фото- и видеосъемки панорамных объектов с высоты птичьего полета. Соорудить нечто подобное не составляет особого труда. Мы создали принципиально другой аппарат – махолет. Наш беспилотник во время полета машет крыльями. Готов и корпус миниатюрной подлодки, которая будет исследовать дно водоемов, передавая картинку на монитор компьютера. Такое устройство поможет в работе спасателей».

В основном роботы, собранные в стенах ЮЗГУ, получают серьезные и сухие названия, состоящие из комбинаций букв и цифр. Но некоторые обзаводятся оригинальными прозвищами. Так, устройство, предназначенное для подводной работы и внешне напоминающее рыбу, получило имя – «Рыбот». «Как назовем экзоскелет? – улыбается Андрей Яцун. – Думаю, это не так важно. Главное, чтобы проект был реализован и на практике подтвердил свою состоятельность».