생체 역학 분야의 발전
록히드 마틴 (Lockheed Martin)의 HULC (Human Universal Load Carrying System) 외골격은 모든 유형의 지형에서 집중적으로 사용하기 위해 만들어졌습니다. 그것은 인간의 생체 역학을 아주 잘 반영합니다. 주인이 쪼그리고 앉고, 걷고, 문제없이 달릴 수 있습니다.
보병들이 짐을 실어 나르거나 장비와 무기를 다루거나, 어려운 지형을 극복 할 때, 어떤 차량도 여전히 능가 할 수없는 조합으로 이동성, 실행 속도 및 내구성을 입증합니다. 그러나 근골격계 부상으로 병사가 건강상의 이유로 군대에서 철거되는 속도는 신체에 가해지는 신체적 요구가 다가오고 있으며 객관적으로 견딜 수있는 수준을 초과하는 경우가 많음을 나타냅니다. 그러므로 오늘날 인체의 생체 역학에 대한 깊은 이해를 형성하는 것이 그 어느 때보다도 중요합니다. 부상 위험을 줄이고 생산성을 높이며 장애로 인한 피해를 완화하기 위해 인간의 생체 역학과 함께 작동하는 착용 할 수있는 시스템을 만드는 데 축적 된 지식과 경험을 사용하여 전 세계의 연구가 진행되고 있습니다.
인체의 능력과 한계를 이해하는 것은 인체공학에서 중요한 역할을 했으며 모든 유형의 차량과 기계를 더 안전하고 쉽고 효율적으로 작동하도록 만들었습니다. 더 사용자 친화적입니다. 이것의 궁극적인 화신은 사람과 사람의 융합이다. 로봇 in new cyborg entities는 SF에서 가장 인기 있는 주제 중 하나이며 생각보다 과학적 현실에 더 가깝습니다.
사이보그의 현실
생체 역학 분야의 연구 중에는 자신을 기니아 피그로 사용했던 Reading University의 Cybernetics Kevin Warwick 교수가 실시한 임플란트를 사용한 유명한 혁신적인 실험에 주목할 수 있습니다. 1의 사이보그 1998 프로젝트에서 일반 의사는 왼손에 23 mm 길이와 3 mm (실제로는 무선 주파수 식별 장치 RFID) 길이의 무선 송신기를 이식했습니다. 이식은 처음으로 수행되었습니다. 질문자의 명령으로 9 일간의 실험을 성공적으로 마쳤을 때, 임플란트는 문을 열고, 조명을 켜고 끄고, 히터와, 컴퓨터를 작동시키는 데 사용되는 코딩 된 신호를 방출했습니다.
2의 Cyborg 2002 프로젝트의 일환으로 옥스포드 병원의 신경 외과 의사 그룹은 훨씬 더 복잡한 100 전극 매트릭스를 사용하여 Warwick 교수의 임플란트 중앙 신경 섬유에 수술을 삽입하는 복잡한 수술을 받았습니다. Dr. Mark Gasson이 이끄는 팀이 개발 한 임플란트 기술 덕분에 Warwick은 전동 휠체어와 "인공 지능"인공 팔을 제어 할 수있었습니다. 임플란트는 손에있는 신경 신호를 측정하고 개별 매트릭스 전극으로 신경을 자극하여 인공 감각을 만들 수 있습니다. Warwick 교수의 아내도 실험에 참여하기로 동의했고, 동일한 임플란트가 그녀의 손에 이식되어이 부부가이 기술의 양방향 기능성을 입증 할 수있게했다.
이 연구는 인간의 생체 역학을 모방 한 기계 장치를 제어하는 신경 시스템의 능력을 입증했지만 다른 연구에서는 전기 임플란트가 이전에 교정 불가능한 것으로 생각되었던 신경계의 손상을 어떻게 극복 할 수 있는지를 보여주었습니다. 루이빌 대학 (University of Louisville)의 Harkem 박사는 척수가 완전히 손상 되었더라도 상대적으로 단순한 임플란트가 어떻게 운동을 회복시킬 수 있는지를 보여주었습니다. Harkem 박사와 그녀의 팀은 통증 완화를위한 16- 접촉 epidurial (경막 외) 자극기만을 사용하여 모터 크로스에서 사고 후 5 년 동안 자신의 가슴 아래에서 마비 된 사람의 감수성, 운동성 및 능력을 회복했습니다 16 년. 자극기가 켜지면 Kent Stevenson은 자신의 재량에 따라 다리와 발목을 움직일 수 있으며 집중적 인 연습을 통해 자신의 능력을 향상시킬 수 있습니다. 이식 물은 척수 장애를 교정하거나 제거하기보다는 척수 하부에있는 건강한 신경을 자극합니다.
척추 자극
"우리는 수 세기 동안 거의 모든 생물 종에서 척수가 매우 복잡한 시스템이며 실제로 운동의 모든 측면 (우주에서 물체가 움직이는 일련의 조정 된 움직임)을 제어한다는 것을 알고 있습니다. 그러나 사람들이 진화 해 환상적인 두뇌를 가졌을 때, 그는 전체 통제권을 장악 한 것으로 추정된다고 Harkem이 말했습니다. - 따라서, 나의 연구는 인간의 척수가 이러한 특성을 제공하는지 여부에 중점을두고 있으며, 이러한 기능을 수행하는 것으로 나타났습니다. 척수 손상 환자는 뇌에 완전하고 명백한 "개방"이 있어도 신경계에 남아있는 것들을 많이 할 수 있다는 것을 의미합니다. "
Harkema 박사는 뇌가 모든 움직임을 자세하게 제어하지 않고 더 높은 수준의 명령을 내리고 매우 약한 신호가 손상을 통과하거나 우회해야한다고 주장하면서 "모든 운동이 척수 수준에서 제어된다는 것을 알 수 있습니다. "우리가이 사람들을 훈련시키는 과정을 계속할 때, 우리가 필요로하는 자극의 강도가 감소하므로 신경계가 적응할 것이라고 믿습니다."
생체 역학 및 생체 전자 장치가 장애인의 신체 능력을 향상시키는 인공 팔다리 및 임플란트를 사용할 때 점점 더 효과적이되고는 있지만, 인간의 능력을 향상시키는 관련 기술 및 관련 기술의 잠재력은 열정이 커짐에 따라 탐구됩니다. 가장 흥미 진진한 것은 외골격과 그 외계인의 외전 (exocostuit)인데, 이는 상대적으로 새로운 "소프트 로봇 화"영역을 대표합니다.
기계의 부상
Exoskeletons는 사람이 무거운 짐을 들거나 운반 할 수있게 해주 며, 짐을 더 빨리 움직이고 성능을 유지합니다. 그렇지 않으면 도움 없이는 들어 올릴 수 없습니다. 수동형 (또는 전원 공급없이) 외골격은 착용자가 긴장없이 무거운 하중을지지 할 수있게하지만 여분의 힘을주지는 않습니다. 록히드 마틴 (Lockheed Martin)과 레이 시온 (Raytheon)은 군사 외골격 기술에서 매우 적극적이었습니다. 이들 중 첫 번째는 HULC 시스템 (Human Universal Load Carrier - 사람을위한 보편적 인 운반기)을 개발하여 배터리 성능을 가지며 미군에 의해 전투 조건에서 사용되도록 평가되었습니다. 전원 공급 장치가없는 두 번째 FORTIS 시스템은 산업용으로 사용됩니다. Raytheon XOS 1 회사의 실험 개념을 테스트하는 프로젝트는 XOS 2로 지정된 전신용 시스템을 만들어 냈습니다.
18 August 2014, Lockheed Martin은 해병대에 의해 2 개의 FORTIS 외골격의 평가를 위해 국립 과학 기술 센터와 계약을 체결했다고 발표했습니다. 이러한 작업의 주요 목표는 기술 개발과 국방부 산업 기반으로의 전환 조직, 테스트 수행 및 미국 해군 조선소의 수공구 작업시이 시스템의 사용 평가입니다.
FORTIS 수동 외골격은 관절에 고정 된 다리를 통해 큰 하중을지면에 전달하는 견고한 골반 거들로 구성되어 있으며, 특히 다리 사이의 다리는 착용자가 정상적으로 걸을 수 있습니다. 골반 스트랩에 고정 된 힌지 암 (hinged arm)은 무거운 수공구의 무게를 지탱하므로 사용자는 피로를 최소화하면서 오랫동안 작업 할 수 있습니다. 기술적 인면에서 볼 때, 스프링이 달린 암 힌지는 사람의 팔과 비슷하므로 착용자가 정상적으로 움직일 수 있습니다.
"선박 정비에는 종종 연삭기, 리벳 팅 해머 또는 샌드 블라스팅 기계와 같은 무거운 공구가 필요합니다."라고 록히드 마틴 미사일 및 소방서의 새로운 방향 책임자 인 아담 밀러 (Adam Miller)는 말했습니다. 이러한 도구는 무게와 때로는 작동해야하는 제약 조건 때문에 작업자로부터 많은 힘을 얻습니다. FORTIS 외골격을 착용 할 때, 작업자는 장기간 동안 무거운기구로 작업 할 수 있으며, 피곤함이 현저하게 감소합니다. "
FORTIS는 주인이 서 있거나 무릎을 꿇고있을 때 작업 할 수있게 해주는 반면, 미국 회사 인 Equipois가 개발 한 zeroG 팔은 16,3 kg까지 무게가 나가는 공구 나 기타 품목을 "손쉽게"조작 할 수있게 해줍니다. Lockheed Martin은 근육 피로가 300 % 감소하고 노동 생산성이 2에서 27로 증가한다고 선언합니다.
Revision은 특수 작전 부대를 사용하는 TALOS (전술 폭행 작전 수트 - 특수 부대를위한 가벼운 키트)의 미국 지휘에 사용하기 위해 외골격 기술을 채택했습니다. 또 다른 PROWLER 시스템은 캐나다 회사 B-tema에 의해 개발되었으며 하체의 외골격 역할을합니다.
Raytheon의 XOS 2 외골격은 외부 소스를 통해 구동되므로 차량과 연결되어 있지만 회사는 자체 배터리가있는 하체 옵션을 개발 중이라고 발표했습니다.
구상, 신기술
군을위한 활동적인 (자체 에너지 원으로) 외골격에 대한 작업은 1965 년 이상 진행되어왔다. 첫 번째 예는 HARDIMAN이라는 장치를 개발하기 위해 General Electric과 해군 연구소 사이의 협력을 포함합니다. 이 협력은 XNUMX 년 군대의 공동 프로그램으로 시작되었으며 함대. 아마도 그녀는 1959 년 공상 과학 소설 스타 트루퍼 (Robert Heinlein)의 로버트 하인라인 (Robert Heinlein)의 발 군인들이 착용 한 의상에서 영감을 얻은 것 같습니다. 항공 모함의 무기 적재 및 기타 무거운 작업과 같은 작업을 위해 설계된 HARDIMAN은 무게가 680,3kg 인화물을 들어 올릴 수 있습니다. 그러나 운전자가 무슨 일이 일어나고 있는지 느낄 수 있도록 전원 피드백이있었습니다. 그러나 HARDIMAN의 무게는 600kg으로 제어 시스템이 지연되어 실용적이지 못했습니다.
Raytheon의 XOS 2 외골격은 하디 만 (HARDIMAN) 개념과 매우 유사하며, 이에 따라 물류 작업을 위해 의도되었지만 동시에 현대 기술로 인해 훨씬 더 실용적입니다. 전체 크기 구성에는 착용자가 피로감을 느끼지 않고 90,7 kg을 수백 번 들어 올리고 반복적으로 3 인치 보드를 순환 모드로 펀치 할 수있는 유압식 드라이브가 포함됩니다. 그럼에도 불구하고 회사는 "이동이 편리하고 우아하여 주인이 축구 공을 가지고 뛰거나 펀치 백을 치거나 계단이나 경사로를 쉽게 오를 수 있습니다"라고 명시했습니다. Raytheon Sarcos가 9 월 2에서 XOS 2010 외골격을 전시했을 때, 회사의 부사장은 안정적인 자금으로 5 년 동안 배치 할 수 있다고 말했습니다.
록히드 마틴 (Lockheed Martin)의 HULC 전기 유압식 외골격 장치에는 전원이 있으며 따라서 케이블을 연결하지 않아서 티타늄 다리를 통해 90,7 kg에 자체 24 kg을 더한 하중을 전달합니다. HULC 외골격의 생체 역학 테스트는 2011에서 Natik 연구 센터의 미 육군 병사에게 수행되었으며, 그 결과는 "시뮬레이션 된 전투 공간에서의 필드 소풍"시리즈로 전환되어 그 유용성에 대한 결론을 내릴 것입니다.
하버드 대학교 (Havard University)에서 언급했듯이 "Soft Exosuit에 대한 유망한 옵션은 제한된 이동성을 가진 사람들을 도울 수 있습니다"
특수 작전 부대와 기관 DARPA의 명령의 외골격
Exoskeleton 기술은 전신의 가볍고 효과적인 탄도 보호와 "인간의 능력을 넘어서는"힘을 결합하는 작업 인 TALOS 프로그램의 일부입니다. TALOS는 특수 작전 부대 사령관 인 William Macreyven 제독의 발명품이며, TALOS는 56 기업, 16 정부 기관, 13 대학 및 10 국립 연구소의 여러 기술을 결합한 프로토 타입의 빠른 개발입니다. 3 개의 패시브 (느슨한) 프로토 타입이 6 월 2015에서 제공되었으며 8 월 2018에서는 시스템 가용성이 기대됩니다.
생체 역학 기술에 대한 후보자에 대한 몇 가지 구체적인 내용이 있었지만, 가장 흥미로운 것 중 하나는 DARPA Warrior 웹 프로그램의 일부로 개발되는 Soft Exosuit 프로젝트입니다. 에이전시는 의류 아래 착용 할 수있는 Soft Exosuit exosuit의 추가 개발을 위해 2,9 만 달러의 하버드 대학 계약을 체결했습니다. 군인은 장거리 이동시 피로를 줄이고 무거운 짐을 실을 때 부상의 위험을 최소화 할 수 있습니다.
이전 연구를 통해 우리는 대학이 인간의 보행 생체 역학에 대한 깊은 이해에서 영감을 얻은 "착용 형 로봇"을 설계하고 만드는 데있어 근본적으로 새로운 접근 방식이라는 개념을 시험 할 수있었습니다. 소프트 엑스 슈트 (Soft Exosuit) 기술은 대학이 "인간과 기계의 직관적이고 완벽한 상호 작용을 가능하게하는 완전히 새로운 형태의 직조되고 유연한 모터 시스템, 소프트 센서 및 제어 전략"이라고 설명합니다.
"착용 형 로봇에 대한 아이디어는 새로운 것이 아니지만 창조에 대한 우리의 접근 방식은 확실히 혁신적입니다."라고 디자인 팀의 책임자 인 Connor Volsh는 말합니다.
보행시 다리의 근육과 힘줄을 모방 한이 슈트는 움직임을 제한하지 않고 관절에 작은 "그러나 조심스럽게"도움을줍니다. 현재 프로토 타입 중 하나는 하체 주위의 여러 방전 스트랩으로 구별됩니다. 이 벨트는 저전력 마이크로 프로세서와 착용자 몸의 위치와 움직임을 종합적으로 모니터링하는 유연한 스트레인 게이지 네트워크를 수용합니다. 그러나, 견고한 외골격과는 달리, 소프트 엑소서스트는 분명히 하중을지면으로 전달하지 않습니다.
병사들이 부담하는 부담은 가볍지는 않지만 인간의 생체 역학 및 이와 관련된 신기술에 대한 이해는 부상을 유발하는 힘을 포함하여 부담을 덜어줍니다.
사용 된 재료 :
www.monch.com
www1.iwr.uni-heidelberg.de
www.lockheedmartin.com
www.raytheon.com
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