Одинокий солдат стоит в темном переулке, следя за дверью. Даже при том, что он покрыт большой броней, он наполняет вперед и прорывается и охвачен заграждением орудийного огня. Вместо того, чтобы отступать, стенды солдата, высокие как, пули свистят от него безопасно.Это не трейлер для последнего кино супергероя.
Это – мультипликация, произведенная американскими войсками, разработанными для показа его видения для мускулистого автоматизированного экзоскелета, который это надеется развернуть с элитными коммандос. Названный Тактический Иск Оператора Света Нападения или TALOS, это – центр многомиллионной научно-исследовательской работы, катализируемой смертью коммандос во время спасения заложника в Афганистане.
Имя TALOS воздает должное металлическому гиганту греческой мифологии, охранявшему остров Крит, легко окружая его три раза в день. Более небрежно это называют иском Железного человека.TALOS является всего одной частью намного большего, глобального толчка исследования развить экзоскелеты, которые обеспечили бы людей сверхчеловеческой силой и выносливостью.
Но воображение Железного человека в комиксах и фильмах оказалось легче, чем строительство его. Усилие замусорено неудачами. Предшественник к TALOS, названному Человеческим Универсальным носителем груза (HULC), был отложен после того, как это доказало непрактичных, утомительных пользователей вместо того, чтобы перегрузить их.
И некоторые ученые скептичны, что TALOS и подобные тяжелые, тяжелотелые проекты экзоскелета будут работать в ближайшее время, говоря, что они часто не решают фундаментальные физиологические проблемы.A. CUADRA/SCIENCE
Изменение к лучшему легкости человеческого шага — немного больше, чем вперед наклон и щелчок теленка — оказывается, пугающая техническая проблема. Строительство машины для помощи кому-то с нетрудоспособностью является одной вещью, но “очень трудно с точки зрения дизайна увеличить человеческую ходьбу и управление, потому что мы так хороши в нем”, говорит Хью Херр, инженер в Массачусетском технологическом институте (MIT) в Кембридже. Экзоскелеты, развитые до сих пор, он говорит, являются слишком большими и имеют тенденцию бороться с естественными ритмами органа, превращающего их в “необычные тренажеры”.
В результате некоторые исследователи понижают свои достопримечательности. Они проявляют более мягкий, меньший подход, строя иски, напоминающие колготки для бега, зацепленные в моторизованные провода или скромную скобу лодыжки. Только за последние несколько лет они наконец достигли давно разыскиваемой цели: создание экзоскелета, фактически сохраняющего пользовательскую энергию при ходьбе на беговой дорожке уровня.
Тем достижением является длинный путь от суперсолдата, разбивающегося через дверь, но оно вызывает надежды, что машинное оборудование и микропроцессоры могут действительно увеличить здорового человека. “Я думаю, что мы находимся в стадии, где Братья Райт могут разбудить самолет некоторое время, но это долгое время не не ложится спать”, говорит Дэн Феррис, ведущий ученый экзоскелета из Мичиганского университета (ГМ), Анн-Арбора.ВОЕНАЧАЛЬНИКИ, стремящиеся дать солдатам, больше силы, стойкости и защиты долго мечтали о чем-то подобном Железному человеку Marvel Comics, энергии которого прибыли из автоматизированного иска.
В конце 1960-х, американский Офис Военно-морского Исследования финансировал развитие Хардимена, крупный, 680-килограммовый экзоскелет, построенный General Electric Глобальное Исследование. Хардимен был в конечном счете оставлен, но идея не умерла.В 2000, Управление перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ (DARPA), управление Пентагона, известное прежде всего помощью, изобретает Интернет, уклоняющийся от радара самолет хитрости и беспилотные дроны, начали финансировать исследование экзоскелетов, которые могли улучшить боевую производительность. Результаты включали множество подвешенных металлических скоб ноги высоких технологий.
Один дизайн из лаборатории в Калифорнийском университете (UC), Беркли, развитом из HULC.К 2011 оборонный подрядчик Lockheed Martin, лицензировавший права использовать систему УКА Беркли, был готов проверить обновленный HULC, показавший вниз сокращенные скобы и управляемые двигателем суставы, при Исследовании Солдата Натика армии США, развитии и Техническом Центре в Массачусетсе.Обман был существенным. HULC “позволит солдатам сделать вещи, которые они не могут сделать сегодня, помогая защитить их от скелетно-мышечных ран”, объявил менеджер проектов Локхида Джим Ни в пресс-релизе.
HULC позволил бы солдатам нести 90 килограммов до 20 километров на единственном заряде батареи, требуемая компания. (См. ниже для содействующего видео HULC.)Празднование было недолгим. Когда солдаты связали в 40-килограммовый иск и шли на беговой дорожке, испытания показали, что они сожгли больше энергии, чем они сделали ходьбу, без посторонней помощи.
На одном испытании, вовлекающем восемь владельцев HULC, их частоты сердцебиений подскочили на 26% в среднем, в то время как их потребление кислорода повысилось на 39%, по сравнению с тем, когда они не использовали машину.Одна большая проблема состояла в том, что HULC вынудил владельцев идти незнакомым способом, говорит Карен Грегорчик, биомеханический инженер в центре Натика армии, приведший испытания. Та трудность была составлена отсутствием координации между человеком и машиной. “Это пытается пнуть Вашу ногу вперед, и Вы не готовы пнуть ногу вперед”, говорит Грегорчик, проведший половину часа, пробуя иск. “Это была тренировка”.Сегодня, последний из прототипов HULC припаркованы в лаборатории компании в Орландо, Флорида.
Работа находится также в ожидании на XOS 2, подобный рожденный Управлением перспективных исследовательских программ экзоскелет, который получил Raytheon.Содействующее видео HULC:КРУШЕНИЕ HULC не мешало вооруженным силам попробовать еще раз идти большое. Теперь, центр находится на TALOS, детище бывшего морского адмирала Билла Макрэвена, который, пока прошлый год не привел Командование специальных операций Пентагона (SOCOM).
После того, как коммандос ПЕЧАТИ умер, выстрел при входе в комнату во время спасения заложника, Макрэвен говорит, что кто-то спросил его, почему у вооруженных сил все еще не было хорошего способа защитить солдат в тех ситуациях. “Он сказал, ‘Где наш иск Железного человека?’” отзывы Макрэвен, теперь канцлер университета системы Техаса. “У меня не было хорошего ответа для него”. В начале 2013 команда Макрэвена начала 5-летнюю программу исследований.
С начала TALOS имел легкий Голливуд, и не только в содействующем видео. Среди подрядчиков проекта были Устаревшие Результаты, Калифорнийская компания, построившая иски для фильмов Железного человека. “Научная фантастика может вести науку”, говорит Макрэвен. “Мы никогда можем не получать что-то, что смотрит точно так же, как Железный человек, но это – то, что мы ищем”.До сих пор существует немного общественных деталей о дизайне TALOS.
В письменных ответах на вопросы от Науки Капитан-лейтенант Мэтт Аллен, представитель SOCOM, нарисовал картину экзоскелета всего тела, способного к переносу тяжелого бронежилета, а также антенн и компьютеров для предоставления информации о поле битвы и датчиков для прослеживания физического состояния солдата. Фотографии и содействующее видео прототипов показывают устройства, имеющие сильное сходство с HULC с твердыми, шарнирными структурами, бегущими по ногам.Но Расс Анголд, инженер и соучредитель Ричмонда, Калифорния, компания Ekso Бионика, говорит, что проектировщики TALOS извлекли уроки из недостатков прошлых проектов.
Компания была создана для коммерциализации экзоскелета УКА Беркли и изобрела первый HULC. Теперь, это имеет контракты для строительства прототипов для TALOS. “Я думаю, что каждая проблема может быть решена”, говорит он. “Это – просто вопрос времени”.Исследователи «экстенсивно» исследуют компромиссы между весом, мобильностью и выносливостью, написал Аллен.
Несмотря на то, что сообщения средств массовой информации поместили бюджет проекта в $80 миллионов, Аллен написал, что “мы не знаем, какого количества будет стоить TALOS”.То, когда экзоскелет мог бы появиться, также неясно. Расписание, призывающее к производству полностью функционального прототипа к 2018, “на правильном пути прямо сейчас”, заявил армейский генерал Джозеф Вотель, текущий лидер SOCOM, на конференции это в прошлом январе.
Но он отметил, что “много значительных проблем остаются”.Феррис UM полагает, что необходимые технические трансгрессии — бреют вес, производительность батареи повышения, и заставить машину перемещаться в совершенную синхронию с человеком — все еще далеки. “Действительность, они не понимают разработку и науку”, говорит он относительно SOCOM. “Они не понимают прыжок, который мы должны сделать”. И он оценивает, что покровителям TALOS “будет нужен бюджет $500 миллионов, чтобы заставить это произойти”.
Такие проблемы заставили теперь удаленного сенатора Тома Коберна (ЮЖНОКОРЕЕЦ) включать TALOS в выпуск 2014 года его ежегодного Wastebook проектов, он полагал, что правительство занимается бессмысленным делом.Ученые из научно-исследовательской лаборатории армии Натика также выразили проблемы. Вооруженные силы все еще испытывают недостаток в схватывании базовой биомеханики, необходимой для успешного экзоскелета ноги, Грегорчика и нескольких других, завершенных в недавнем предложении по исследованию.
Результатом было “лучшее предположение” подход, произведший несколько “плохо функционирующих устройств”, включая HULC. Они призывают, чтобы больше фундаментальных исследований поняло, как взаимодействуют экзоскелет и человеческая нога. “Я думаю слишком крупный Железный человек”, говорит Грегорчик. “Я думаю, что мы должны начать с малого и видеть, как это работает сначала”.Герр, лаборатория MIT которого построила маленький, моторизованный экзоскелет лодыжки, привнесший нечто новое путем показа, что она могла фактически улучшить гуляющую производительность, оплакивает озабоченность вооруженных сил большими, большими проектами. “Я неистово пытался убедить [Министерство обороны] просто прекращать быть зацикленным с тем типом архитектуры”, говорит он.
БОЛЕЕ МНОГООБЕЩАЮЩАЯ АЛЬТЕРНАТИВА, некоторые защитники экзоскелета говорят, может быть найдена в Кембридже, Массачусетс, лаборатории, которая похожа на помесь магазина робототехники и студии дизайна моды. В дополнение к беговой дорожке и обычным двигателям и проводке, пространство инженера Конора Уолша в Гарвардском университете показывает четыре швейных машины, мусорные ведра, заполненные тканью и колесной стойкой, повешенной с черной одеждой.Одежда символизирует другой подход к дизайну экзоскелета.
Родившийся новой программой Управления перспективных исследовательских программ под названием Сеть Воина, это – антитеза TALOS. Вместо того, чтобы строить значительную металлическую машину, имеющую вес груза — и это может мешать нормальному движению — Уолш и его бригада используют ткань, гибкие кабели и маленькие двигатели для впрыскивания дополнительного выстрела энергии в каждый шаг, позволяя человеку переместиться свободно. Эти “мягкие exosuits” весят всего 9 килограммов и используют всего 140 ватт электричества — немного больше, чем настольный компьютер. В теории иски могли означать, что солдаты прибывают в конце длинного патруля, менее усталого и предрасположенного к травмам.
Чтобы продемонстрировать, как это фактически работает, бригада Уолша позволила репортеру испытать систему. Быть снабженным оборудованием немного походит на то, чтобы быть моделью, подготавливающей поражать взлетно-посадочную полосу. Я надеваю пару черных колготок; тогда Диана Вагнер, отвечающая за сторону ткани проекта, шнурует меня на остальную часть оборудования.
Обертка ремней, непроницаемая для корсета вокруг моей талии, бедер, бедер и телят. Все должно быть аккуратным и облегающим так, чтобы, когда двигатели начинают тянуть, ничто не дергалось неуместный.
Датчики жадно ели шнурки, и ремни бедра будут контролировать движения моих ног, говоря машину, когда умереть.После 45 минут наладки я готов подняться на беговой дорожке. Два инженера опускают рюкзак, украшенный коробками и повисшими кабелями на мои плечи.
Они запирают кабели в соединители на моей талии и ногах, и на шпорах углеволокна, выступающих от пяток моих армейских ботинок. Я излагаю midstride так, чтобы машина могла правильно приспособить кабели.
Затем Игнасио Галиана, один из инженеров, начинает беговую дорожку. Я иду в темпе приблизительно 5 километров в час.Мой первый шаг встречен удивительно резким рывком на моей пятке.
Это отпускает, и почти немедленно мою другую ногу тащат и назад. Я сохраняю равновесие и улаживаю в оживленную прогулку, крошечные электродвигатели и механизмы, сохраняющие время с лихорадочным треском.
Они восстанавливают и выпускают провода с каждым шагом, синхронизировавшим к моему темпу микропроцессорами и датчиками движения. Даже после нескольких минут, каждое напряжение немного резко, немного как то, чтобы быть марионеткой с четырьмя проводами, управляющими моими ногами. Я иду в иске, или он идет меня?
“Мы делаем значительный процент того, в чем нуждается Ваш орган”, объясняет Гэлиана. “Это берет немного, чтобы привыкнуть этим дополнительным силам и быть полностью смягченным”.После 12 минут на беговой дорожке он выключает экзоскелет, поскольку я продолжаю идти.
Что-то неожиданное происходит. Мои ноги внезапно чувствуют себя медленнее, более тяжелые ботинки.
Моим шагом существует меньше бодрости духа.“Это – то, что мы часто слышим”, говорит Гэлиана с усмешкой. “Люди чувствуют, что идут в грязи”.Преимущество иска, Уолш говорит, подтверждено числами.
На недавнем испытании семь человек, идущих в исках и несущих грузы, равные 30% их массы тела, были в среднем на 7% более эффективными, чем без исков.Пол Феттерс
Солдат испытывает так называемый мягкий exosuit в Абердинском Испытательном полигоне армии в Мэриленде. Испытания нашли, что это может помочь человеку идти более эффективно.ВЫПОЛНЕНИЕ НА БЕГОВОЙ ДОРОЖКЕ ЛАБОРАТОРИИ является одной вещью.
Но мягкое удовлетворяет работе в реальном мире?Для ответа на тот вопрос Уолш и Управление перспективных исследовательских программ переходят к лесной глуши Абердинского Испытательного полигона армии США, обширная 30 000-гектарная основа к северу от Балтимора, Мэриленд. Это прошлым летом, на влажном 28°C утро, 21-летний специалист армии США Кэккиэтор (он не дал бы свое имя) выходит для экскурсии.
Но это не нормальная тренировка. Единственной вещью стандартная проблема является его коротко подстриженная стрижка. И его тащит окружение с 12 людьми инженеров Гарварда, армейских ученых и должностных лиц Управления перспективных исследовательских программ, закрадываясь в грязь и ударяя москитов.
Пол ФеттерсБригада технического персонала тащит вооруженные силы exosuit тестер, собирая данные, которые покажут, помогает ли устройство — или причиняет боль — производительность солдата.Перед отправлением в мягком exosuit и механизме всего 40 килограммов, Кэккиэтор проводит 5 минут в ходьбе лаборатории и вскакивании на беговую дорожку, измеряющую силу каждого шага. facemask помогает исследователям измерить, сколько кислорода он использует.
В другой день он сделает ту же вещь, минус exosuit, сравнить результаты.Затем Cacciatore идет в головокружительной скорости вниз грязный путь в коричневой футболке и черных колготках, шумные механизмы exosuit, дающие ему отчетливо автоматизированный воздух. Поскольку он затаптывает вперед, два после инженеров, ноутбуки, приостановленные от их шей, пэра в коллаже графов, прослеживающих производительность машинного оборудования.Когда Cacciatore достигает побежденного дерева, он легко подходит и по нему.
Провода идут слабые, потому что датчики движения обнаруживают что-то другое, чем регулярная ходьба.Наблюдатели впечатлены. “Я имею, должен сказать Вам, это холодно”, говорит Майкл Лэфиэндра, эксперт по биомеханике и руководитель Демонтированного Отделения Воина в армейской Научно-исследовательской лаборатории в Абердине. “Физическое увеличение было видом несбыточной мечты.
И теперь кажется, что это могла быть действительность”. (См. ниже для содействующего видео, показывающего другое видение будущего экзоскелета.)Однако, существуют проблемы. Это – прототип, в конце концов, не построенный для противостояния суровости поля битвы.
Дважды во время экскурсии, что-то работает со сбоями или ломается. Как команда ямы в Индианаполисе 500, инженеры заполняют солдата, быстро делая ремонтные работы.
Позже, Уолш не детализирует полный результат испытаний. “Я могу сказать, что это было положительно”, он позволяет. Механическими неисправностями тем утром были единственные за 2 недели испытания, говорит он.
Однако, Уолш предостерегает против нереалистичных ожиданий, убирая галочку в массе проблем. Мягкий exosuit запрограммирован для ходьбы, например, но не управления.
Оказалось трудным проектировать систему, умирающую в нужное время, когда кто-то путешествует по неровному ландшафту. У некоторых людей есть более легкое время, адаптируясь к иску, чем другие, предполагая, что любое преимущество могло измениться от пользователя пользователю. И любая окончательная версия должна была бы объединяться со многими другими частями военного оборудования.Gregorczyk армии предлагает другой список отрезвления вопросов, которым должен будет противостоять любой реальный иск Железного человека — мягкий или твердый —. Мог использование экзоскелета вызывать его собственный набор ран?
Преимущество производительности перевесило бы стоимость? “Скажите, что устройство уменьшает метаболическую стоимость солдата, несущего груз на 5%”, говорит она. “Это переводит на эксплуатационное преимущество? Это означает что-нибудь?”
Уоррен Корнвол является внештатным писателем в Беллингхеме, Вашингтон.Видение Вооруженных сил пересмотра будущего экзоскелета: