För inte så länge sedan kunde barn med en sällsynt neurologisk sjukdom gå för första gången tack vare ett nytt robot exoskelett. Dessa enheter - som i huvudsak är robotdräkter som ger konstgjord rörelse för användarens ben - blir ett allt vanligare sätt att hjälpa människor som inte kan använda benen för att gå. Men medan moderna exoskelett mestadels är klumpiga, tunga enheter, kan ny teknik göra dem mycket lättare att använda och mer naturliga. Du har antagligen redan gissat vart det är på väg: konstläder.
Exoskelett har utvecklats sedan 1960-talet. Det första exoskelettet var en skrymmande uppsättning ben och klohandskar som bara vagt liknade en Iron Man-kostym. Han var tvungen att använda hydraulikens kraft för att hjälpa industriarbetare att lyfta hundratals kilo vikt. Det projektet misslyckades och fungerade inte, men alternativen som följde blev bättre och bättre. Idag kan människor äntligen använda exoskelett för att delvis förbättra sina egna möjligheter, lära sig att gå igenom sin hjälp eller till och med interagera med datorer med hjälp av beröring eller "taktil" feedback.
Vanligtvis består dessa enheter av en kedja med länkar och styrfogar som fungerar tillsammans med en persons egna ben och leder. Konstgjorda lemmar är säkert fästa vid en persons lemmar och fortsätter sina rörelser. Exoskelettet kan styras av en dator - till exempel om den utför en sjukgymnastikrutin - eller genom att övervaka den elektriska aktiviteten i användarens muskler och stödja den kraft de genererar.
Tungt och smärtsamt
Trots ett halvt sekels forskning används exoskelett fortfarande inte i stor utsträckning. Detta beror till stor del på att de var obekväma att bära under långa perioder, eftersom människors kroppar skiljer sig från kostymer, som är gjorda som en Procrustean-säng. Vissa exoskelett passar människokroppen bättre, men om robotlederna och användarens verkliga leder inte roterar synkroniserat kan obehag eller smärta uppstå. Allt detta förstärks av styvheten i varje del av dräkten.
Ett annat problem, särskilt med överkroppens exoskelett, är deras vikt eftersom de är gjorda av hållbara material som kan hålla tunga vikter och stödja kroppen. Moderna kostymer klarar inte heller mycket av förändringar i temperatur eller regn, vilket gör dem svåra att använda i den verkliga världen. Och människor kan fortfarande inte vänja sig vid sitt utseende.
För att göra exoskelett mer praktiskt och trevligt att se på behöver vi innovation: vi måste göra dem till en "andra hud" snarare än en gigantisk robotdräkt. Vanligtvis använder exoskelett tunga elektriska motorer, men lätta ställdon kan också användas som pneumatiska muskler. De kan göra liknande ansträngningar som elmotorer, bara de kommer att väga flera gånger mindre. Dessa muskler består av en gummiblås omgiven av en vävd hylsa. Under tryck ökar de i diameter och drar ihop längden och trycker på fogen. Och även om de är gjorda av lätta material kan de använda våld, vilket räcker för att lyfta många hundra kilo.
Kampanjvideo:
Mjuk robotik
Ändå måste även dessa lätta ställdon fästas på en stel mekanisk struktur på användarens kropp. Forskare vid University of Salfords Center for Autonomous Systems and Robotics utvecklar ett annat alternativ: mjuk robotik. Denna teknik använder fysiskt mjuka, avancerade material för att utföra samma uppgifter som traditionella styva robotenheter. De är särskilt väl lämpade för interaktion med människor, eftersom mjukt ofta betyder lätt och det finns mindre risk för skada när man träffar en person.
De utvecklade nyligen en ny "soft continuum drive" som böjer sig som en elefants bagageutrymme. Till skillnad från en traditionell styv robotförband som möter motstånd i en del av kroppen, kommer den att böjas i alla riktningar längs hela dess längd. Genom att bära en tätt passande kostym med sådana enheter kan vi ha ett mjukt exoskelett som böjer sig exakt där bärarens leder är. Följaktligen passar dräkten perfekt för olika bärare utan att behöva justera eller kalibrera den mekaniskt. Dessutom är systemet lätt och kan bäras som kläder istället för en skrymmande mekanisk ram.
Exoskelett börjar marknadsföras kommersiellt och vi kommer sannolikt att se många nya saker de kommande åren. År 2012 fullbordade en förlamad kvinna vid namn Claire Lomas till och med London Marathon med ett exoskelett. Men det finns fortfarande många tekniska problem som måste lösas innan vi ser utbredd användning av sådana system. Vi behöver åtminstone ett sätt att driva dessa kostymer utan att behöva ansluta dem var halvtimme.
ILYA KHEL
