Nửa thế kỷ sau khi bắt đầu làm việc trong lĩnh vực xương ngoài, những mẫu đầu tiên của thiết bị này đã sẵn sàng đi vào hoạt động chính thức. Lockheed Martin gần đây đã khoe rằng dự án HULC (Tàu sân bay chở người đa năng) của họ không chỉ được thử nghiệm trên thực địa với Lầu Năm Góc mà đã sẵn sàng để sản xuất hàng loạt. Bộ xương ngoài HULC hiện đang bị một số dự án tương tự từ các công ty khác “chống lưng”. Nhưng không phải lúc nào cũng có vô số kiểu dáng như vậy.
Trên thực tế, ý tưởng tạo ra bất kỳ thiết bị nào có thể được đeo bởi một người và cải thiện đáng kể các phẩm chất thể chất của anh ta đã xuất hiện vào nửa đầu thế kỷ trước. Tuy nhiên, cho đến một thời điểm nhất định đó chỉ là một quan niệm khác của các nhà văn khoa học viễn tưởng. Sự phát triển của một hệ thống có thể áp dụng thực tế chỉ được bắt đầu vào cuối những năm năm mươi. General Electric, dưới sự bảo trợ của quân đội Mỹ, đã khởi động một dự án mang tên Hardiman. Nhiệm vụ kỹ thuật rất táo bạo: bộ xương ngoài của GE được cho là cho phép một người vận hành với tải trọng lên tới một nghìn rưỡi pound (khoảng 680 kg). Nếu dự án được hoàn thành thành công, bộ xương ngoài Hardiman sẽ có triển vọng lớn. Vì vậy, quân đội đã có ý định sử dụng công nghệ mới để tạo điều kiện thuận lợi cho công việc của các thợ súng trong lực lượng không quân. Ngoài ra, các nhà khoa học hạt nhân, các nhà chế tạo và đại diện của nhiều ngành công nghiệp khác đã "xếp hàng". Nhưng thậm chí mười năm sau khi bắt đầu chương trình, các kỹ sư của General Electric vẫn chưa thể dịch mọi thứ đã được hình thành thành kim loại. Một số nguyên mẫu đã được chế tạo, bao gồm cả một cánh tay cơ khí đang hoạt động. Móng vuốt khổng lồ của Hardymen được chạy bằng thủy lực và có thể nâng tải trọng 750 pound (tương đương 340 kg). Trên cơ sở một chiếc "găng tay" khả thi, người ta có thể tạo ra chiếc thứ hai. Nhưng các nhà thiết kế phải đối mặt với một vấn đề khác. Các "chân" cơ học của bộ xương ngoài không muốn hoạt động bình thường. Nguyên mẫu Hardiman với một cánh tay và hai chân chống nặng dưới 750 kg, trong khi công suất thiết kế tối đa nhỏ hơn trọng lượng của chính nó. Do trọng lượng này và đặc thù của trọng tâm của khung ngoài, khi nâng tải, toàn bộ kết cấu thường bắt đầu rung, dẫn đến lật nhiều lần. Với sự mỉa mai cay đắng, các tác giả của dự án đã gọi hiện tượng này là “vũ điệu máy móc của Thánh Vitus”. Dù các nhà thiết kế của General Electric đã chiến đấu vất vả đến đâu, họ cũng không quản lý để đối phó với sự liên kết và rung chuyển. Vào đầu những năm 70, dự án Hardiman đã bị đóng cửa.
Trong những năm tiếp theo, công việc theo hướng của bộ xương ngoài không hoạt động. Theo thời gian, các tổ chức khác nhau bắt đầu giải quyết chúng, nhưng hầu như luôn luôn không đạt được kết quả mong muốn. Đồng thời, mục đích tạo ra một bộ xương ngoài không phải lúc nào cũng được sử dụng trong quân sự. Trong những năm 70, các nhân viên của Viện Công nghệ Massachusetts, không có nhiều thành công, đã phát triển thiết bị thuộc lớp này, được thiết kế để phục hồi chức năng cho những người tàn tật với các chấn thương của hệ thống cơ xương. Thật không may, vào thời điểm đó, các kỹ sư cũng vướng vào cách đồng bộ hóa các bộ phận khác nhau của bộ đồ. Cần lưu ý rằng bộ xương ngoài có một số tính năng đặc trưng không làm cho việc tạo ra chúng dễ dàng hơn một chút. Do đó, việc cải thiện đáng kể khả năng thể chất của người vận hành đòi hỏi phải có một nguồn năng lượng thích hợp. Đến lượt mình, cái thứ hai làm tăng kích thước và trọng lượng chết của toàn bộ thiết bị. Khó khăn thứ hai nằm ở sự tương tác của con người và bộ xương ngoài. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị như sau: một người thực hiện bất kỳ chuyển động nào bằng cánh tay hoặc chân của mình. Các cảm biến đặc biệt liên kết với các chi của anh ta nhận tín hiệu này và truyền lệnh thích hợp đến các phần tử truyền động - cơ cấu thủy lực hoặc điện. Đồng thời với việc đưa ra các lệnh, các cảm biến tương tự này đảm bảo rằng chuyển động của người thao tác tương ứng với chuyển động của người điều khiển. Ngoài việc đồng bộ hóa biên độ chuyển động, các kỹ sư phải đối mặt với vấn đề về thời gian. Vấn đề là bất kỳ người thợ nào cũng có một thời gian phản ứng nhất định. Vì vậy, nó nên được giảm thiểu với mục đích đủ thuận tiện trong việc sử dụng bộ xương ngoài. Trong trường hợp các bộ xương ngoài nhỏ, gọn, hiện đang được chú trọng, việc đồng bộ hóa các chuyển động của con người và máy móc có một ưu tiên đặc biệt. Vì bộ xương ngoài nhỏ gọn không cho phép tăng bề mặt đỡ, v.v., những người thợ máy không có thời gian di chuyển cùng người có thể ảnh hưởng xấu đến việc sử dụng. Ví dụ, một chuyển động không đúng lúc của "chân" cơ học có thể dẫn đến việc một người chỉ đơn giản là mất thăng bằng và ngã. Và điều này là xa tất cả các vấn đề. Rõ ràng, chân người có ít bậc tự do hơn bàn tay, chưa kể bàn tay và các ngón tay.
Lịch sử mới nhất của bộ xương quân sự bắt đầu vào năm 2000. Sau đó, cơ quan DARPA của Mỹ đã khởi xướng việc bắt đầu chương trình EHPA (Bộ xương ngoài để tăng hiệu suất của con người - Bộ xương ngoài để tăng hiệu suất của con người). Chương trình EHPA là một phần của dự án Land Warrior lớn hơn nhằm tạo ra diện mạo của người lính trong tương lai. Tuy nhiên, vào năm 2007, Land Warrior đã bị hủy bỏ, nhưng phần ngoài của nó vẫn được tiếp tục. Mục đích của dự án EHPA là tạo ra cái gọi là. một bộ xương ngoài hoàn chỉnh, bao gồm bộ khuếch đại cho cánh tay và chân của con người. Đồng thời, không có vũ khí hoặc yêu cầu đặt trước. Các quan chức phụ trách DARPA và Lầu Năm Góc nhận thức rõ rằng tình hình hiện nay trong lĩnh vực xương ngoài chỉ đơn giản là không cho phép trang bị thêm các chức năng cho chúng. Do đó, các điều khoản tham chiếu cho chương trình EHPA chỉ ngụ ý khả năng một người lính mang vác lâu dài trong một bộ xương ngoài có tải trọng khoảng 100 kg và tốc độ di chuyển của nó tăng lên.
Sacros và Đại học Berkeley (Hoa Kỳ) cũng như Hệ thống Cyberdyne Nhật Bản bày tỏ mong muốn tham gia phát triển công nghệ mới. Mười hai năm đã trôi qua kể từ khi chương trình bắt đầu, và trong thời gian này, thành phần của những người tham gia đã có một số thay đổi. Sacros hiện đã trở thành một phần của mối quan tâm của Raytheon, và một khoa của trường đại học có tên Berkeley Bionics đã trở thành một bộ phận của Lockheed Martin. Bằng cách này hay cách khác, hiện có ba bộ xương ngoài nguyên mẫu được tạo ra theo chương trình EHPA: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL và Raytheon XOS.
Bộ xương ngoài đầu tiên được liệt kê - HULC - không đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của DARPA. Thực tế là cấu trúc nặng 25 kg chỉ chứa một hệ thống hỗ trợ phía sau và các "chân" cơ khí. Hỗ trợ bằng tay không được triển khai trong HULC. Đồng thời, khả năng vật lý của người điều khiển HULC được tăng lên do thực tế là thông qua hệ thống hỗ trợ phía sau, phần lớn tải trọng trên cánh tay được chuyển sang các phần tử lực của bộ xương ngoài và cuối cùng là "đi" vào lòng đất. Nhờ hệ thống được áp dụng, một người lính có thể chở tới 90 kg hàng hóa và đồng thời trải qua tải trọng đáp ứng tất cả các tiêu chuẩn của quân đội. HULC được cung cấp bởi pin lithium-ion kéo dài đến tám giờ. Ở chế độ tiết kiệm, một người trong bộ xương ngoài có thể đi bộ với tốc độ 4-5 km một giờ. Tốc độ tối đa có thể có của HULC là 17-18 km / h, nhưng phương thức hoạt động của hệ thống này làm giảm đáng kể thời gian hoạt động từ một lần sạc pin. Trong tương lai, Lockheed Martin hứa hẹn sẽ trang bị pin nhiên liệu cho HULC, dung tích này sẽ đủ cho một ngày hoạt động. Ngoài ra, trong các phiên bản tiếp theo, các nhà thiết kế hứa hẹn với những bàn tay "robot", điều này sẽ giúp tăng đáng kể khả năng của người sử dụng bộ xương ngoài.
Raytheon cho đến nay đã trình bày hai bộ xương ngoài hơi giống nhau với chỉ số XOS-1 và XOS-2. Chúng khác nhau về các thông số trọng lượng và kích thước, do đó, ở một số đặc điểm thực tế. Không giống như HULC, dòng XOS được trang bị hệ thống trợ lực tay. Cả hai bộ xương ngoài này có thể nâng khoảng 80-90 kg trọng lượng của chính chúng. Đáng chú ý là thiết kế của cả XOS đều cho phép bạn lắp nhiều tay máy khác nhau lên các tay cơ. Cần lưu ý rằng XOS-1 và XOS-2 có mức tiêu thụ điện năng đáng kể cho đến nay. Vì điều này, chúng vẫn chưa tự chủ và cần nguồn điện bên ngoài. Theo đó, tốc độ di chuyển tối đa và thời lượng pin là điều không cần bàn cãi. Tuy nhiên, theo Raytheon, nhu cầu về nguồn điện sẽ không phải là trở ngại đối với việc sử dụng XOS trong các nhà kho hoặc căn cứ quân sự, nơi có nguồn điện thích hợp.
Mẫu thứ ba của chương trình EHPA là Cyberdyne HAL. Ngày nay, phiên bản HAL-5 có liên quan. Bộ xương ngoài này ở một mức độ nào đó là hỗn hợp của hai bộ đầu tiên. Giống như HULC, nó có thể được sử dụng độc lập - pin kéo dài 2,5-3 giờ. Với dòng XOS, sự phát triển của Cyberdyne Systems được thống nhất bởi tính "hoàn chỉnh" của thiết kế: nó bao gồm các hệ thống hỗ trợ cho cả tay và chân. Tuy nhiên, khả năng chuyên chở của HAL-5 không vượt quá vài chục kg. Tình hình tương tự với các phẩm chất tốc độ của sự phát triển này. Thực tế là các nhà thiết kế Nhật Bản đã không tập trung vào việc sử dụng quân sự, mà là việc phục hồi chức năng của những người tàn tật. Rõ ràng, những người dùng như vậy chỉ đơn giản là không cần tốc độ cao hoặc khả năng chịu tải. Theo đó, nếu quân đội quan tâm đến HAL-5 trong tình trạng hiện tại, họ sẽ có thể chế tạo một bộ xương ngoài mới trên cơ sở của nó, được mài sắc để sử dụng trong quân sự.
Trong số tất cả các tùy chọn cho bộ xương ngoài đầy hứa hẹn được gửi đến cuộc thi EHPA, chỉ có HULC cho đến nay đã đạt được thử nghiệm kết hợp với quân đội. Một số tính năng của các dự án khác vẫn không cho phép bắt đầu thử nghiệm thực địa của họ. Vào tháng 9, một số bộ dụng cụ HULC sẽ được gửi theo từng phần để nghiên cứu các tính năng của bộ xương ngoài trong điều kiện thực tế. Nếu mọi thứ suôn sẻ, việc sản xuất quy mô lớn sẽ bắt đầu vào năm 2014-15.
Trong khi đó, các nhà khoa học và nhà thiết kế sẽ có những khái niệm và thiết kế tốt hơn. Sự đổi mới được mong đợi nhất trong lĩnh vực xương ngoài là găng tay robot. Những người thao tác hiện tại vẫn chưa thật thuận tiện cho việc sử dụng các công cụ và các đồ vật tương tự nhằm mục đích sử dụng thủ công. Hơn nữa, việc tạo ra những chiếc găng tay như vậy đi kèm với một số khó khăn. Nhìn chung, chúng tương tự như các bộ xương ngoài khác, nhưng trong trường hợp này, vấn đề đồng bộ hóa trở nên trầm trọng hơn do một số lượng lớn các yếu tố cơ học, tính năng chuyển động của bàn tay con người, v.v. Bước tiếp theo trong quá trình phát triển bộ xương ngoài sẽ là việc tạo ra một giao diện điện tử thần kinh. Giờ đây, chuyển động của cơ học được điều khiển bởi các cảm biến và bộ truyền động servo. Tiện lợi hơn cho các kỹ sư và nhà khoa học là việc sử dụng hệ thống điều khiển với các điện cực loại bỏ các xung thần kinh của con người. Trong số những thứ khác, một hệ thống như vậy sẽ làm giảm thời gian phản ứng của các cơ chế và do đó, tăng hiệu quả của toàn bộ bộ xương ngoài.
Về ứng dụng thực tế, hơn nửa thế kỷ qua, quan điểm về nó hầu như không thay đổi. Quân đội vẫn được coi là những người sử dụng chính của các hệ thống đầy hứa hẹn. Họ có thể sử dụng bộ xương ngoài cho các hoạt động bốc dỡ, chuẩn bị đạn dược, và ngoài ra, trong tình huống chiến đấu, để nâng cao khả năng của máy bay chiến đấu. Cần lưu ý rằng khả năng chuyên chở của các bộ xương ngoài sẽ hữu ích không chỉ cho quân đội. Việc sử dụng rộng rãi công nghệ cho phép một người tăng đáng kể khả năng thể chất của mình có thể thay đổi bộ mặt của tất cả các hoạt động hậu cần và vận chuyển hàng hóa. Ví dụ, thời gian xếp hàng hóa trong trường hợp không có xe nâng hàng sẽ giảm hàng chục phần trăm, điều này sẽ làm tăng hiệu quả của toàn bộ hệ thống giao thông. Cuối cùng, bộ xương ngoài điều khiển bằng dây thần kinh sẽ giúp hỗ trợ người tàn tật sống lại cuộc sống trọn vẹn. Hơn nữa, hy vọng lớn được ghim vào giao diện điện tử thần kinh: trong trường hợp chấn thương cột sống, v.v. Trong chấn thương, tín hiệu từ não có thể không đến được một vùng cụ thể của cơ thể. Nếu chúng ta “chặn” chúng đến vùng bị tổn thương của dây thần kinh và đưa chúng đến hệ thống điều khiển ngoài xương, thì người đó sẽ không còn bị giới hạn trên xe lăn hoặc giường. Do đó, các phát triển quân sự một lần nữa có thể cải thiện cuộc sống của không chỉ quân đội. Ngay bây giờ, khi thực hiện các kế hoạch lớn, bạn nên nhớ về quá trình vận hành thử nghiệm của bộ xương ngoài Lockheed Martin HULC, sẽ chỉ bắt đầu vào mùa thu. Dựa trên kết quả của nó, có thể đánh giá cả triển vọng của toàn bộ ngành và sự quan tâm đến nó từ những người dùng tiềm năng.
