Принято считать, что рабочий будущего – это человек, закованный в громоздкий металлический каркас, который лязгает при каждом шаге. Однако реальность, к счастью, развивается по иному сценарию. Учёные из Корейского института машиностроения и материалов (KIMM) решили отказаться от тяжёлой пневматики и привычных электромоторов. Вместо этого они интегрировали силовые элементы прямо в структуру ткани.
Результатом стала куртка весом менее двух килограммов, которая увеличивает физическую силу человека на 40%. По сути, это полноценный носимый робот, но с одним весьма специфическим технологическим нюансом.
В условиях стремительно стареющего общества спрос на технологии помощи в передвижении растёт. До сих пор инженеры сталкивались с серьёзным физическим барьером: системы для поддержки сложных суставов – плеч, локтей и запястий – получались дорогими, громоздкими, шумными и крайне неудобными для длительного ношения.
Именно поэтому команда Центра передовой робототехники при KIMM под руководством Пак Чхоль Хуна кардинально изменила подход. Они создали экзоскелет, который выглядит как обычная спортивная экипировка, потребляет минимум энергии и берёт на себя значительную часть мышечной нагрузки.
Нить тоньше волоса
Вместо традиционных двигателей корейские исследователи сделали ставку на сплав с памятью формы (SMA). Инженеры использовали нити толщиной всего 25 микрометров – это примерно четверть диаметра человеческого волоса – и скрутили их в форме микроскопических пружин.
Из полученного «умного» волокна можно ткать цельные полотна, которые функционируют по принципу биологических мышц. По команде ткань сокращается и расслабляется, помогая владельцу совершать физические усилия.
Эффективность технологии подтверждают цифры. Рабочий элемент этого носимого робота практически ничего не весит: всего 10 граммов специального волокна генерируют усилие, достаточное для поднятия груза весом от 10 до 15 килограммов. Во время клинических испытаний в Больнице Сеульского национального университета пациенты с мышечной дистрофией смогли увеличить амплитуду движений плечевого сустава на 57%. Результаты этого исследования уже опубликованы в авторитетном научном журнале «IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering».
Температурный компромисс
Здесь кроется тот самый нюанс: как именно активируется сокращение этой роботизированной ткани? Ответ прост – с помощью тепла.
Чтобы заставить искусственную мышцу сжаться, аккумулятор весом 200 граммов, закреплённый на спине, подаёт ток и нагревает волокна сплава до 40–50 °C. Грубо говоря, чтобы вы могли без усилий поднять тяжёлую коробку, ваша куртка должна нагреться до температуры работающей батареи отопления.
Разработчики заверяют, что пользователь этого не почувствует благодаря плотному слою термоизоляции. Но возникает другая проблема: как опустить коробку обратно? Роботизированная ткань расслабляется только при остывании. В условиях, где требуются повторяющиеся движения – например, на заводском конвейере, – пассивного охлаждения оказывается недостаточно. Процесс идёт слишком медленно.
В качестве решения инженерам пришлось встроить в куртку миниатюрные вентиляторы. Итог закономерен: вы получаете силу супергероя, но рискуете перегреться, словно сервер под высокой нагрузкой.
Перспективы
Текущий прототип работает около четырёх часов на одном заряде, в зависимости от интенсивности использования. Сейчас команда Пак Чхоль Хуна разрабатывает версию для нижней части тела – роботизированные брюки для тех, кому тяжело ходить по наклонным поверхностям, подниматься по лестницам или просто долго стоять.
По словам разработчиков, базовая технология, созданная в некоммерческом институте, теперь должна перейти к индустриальным партнёрам. Выход на коммерческий рынок ожидается в течение двух лет. Очевидно, что проектом уже заинтересовались военные, которых привлекает концепция сверхлёгкой экипировки для солдат.
Мнение редакции
Концепция носимой робототехники, которая больше похожа на толстовку из масс-маркета, чем на костюм Железного человека – это, безусловно, важный сдвиг в биомеханике. Мы долго ждали, когда технологии реабилитации перестанут стигматизировать людей с нарушениями опорно-двигательного аппарата, делая их похожими на киборгов. И корейский проект делает именно это: элегантно прячет сложную инженерию за фасадом повседневной одежды.
Однако температурный компромисс с кулерами в куртке напоминает нам, что физику обмануть нельзя: за любую дополнительную кинетическую энергию приходится платить теплоотдачей.
