Bionic Humans: Exoskeleton Technology sta ridefinendo i limiti

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In Edge of Tomorrow, un film di fantascienza acclamato dalla critica uscito quest'estate, i soldati combattono gli alieni con esoscheletri potenziati che ne aumentano la forza, la velocità e l'agilità. Sul grande schermo, accanto alle esplosioni e ai nemici ultraterreni, le idee sembrano un'invenzione di Hollywood - ma è più vicina alla realtà di quanto si pensi.

La ricerca sugli esoscheletri è in corso da oltre un secolo, dando vita a numerosi prototipi praticabili. Sorprendentemente, tuttavia, si concentrano meno sulla forza sovrumana e più sul miglioramento della resistenza e della qualità della vita. I ricercatori nel campo vedono il futuro 4 tecnologie che potrebbero cambiare il mondoIn questo momento è un momento così emozionante per essere vivi, poiché la scienza e la tecnologia spingono l'umanità in avanti a tassi così incredibili. Chi avrebbe pensato dieci anni fa che avremmo avuto un accesso con un tocco a tutti ... Leggi di più come una maratona anziché uno sprint.

Exo-Storia

Esoscheletri umani sono comparsi in storie di fantascienza snel 1950, ma il primo vero esoscheletro fu inventato più di mezzo secolo prima dall'inventore russo Nicholas Yagn. Nonostante il suo paese di residenza, decise di presentare un brevetto all'Ufficio brevetti degli Stati Uniti nel 1890. Ha descritto la sua invenzione come:

[…] Un certo numero di molle adattate per sostenere il peso di tutto il corpo e immagazzinare e accumulare potere esercitato in tal modo, insieme al potere esercitato dal momento di tale peso morto quando in movimento. - Nicholas Yagn, inventore

Il suo esoscheletro usava anche "accumulatori di fluido compresso" per immagazzinare energia. Secondo Nicholas, la sua invenzione ha offerto agli utenti una migliore mobilità e ridotto lo sforzo di correre e saltare sul corpo. Mi dispiace, fan punk a vapore; questa non era una macchina della morte a ingranaggi.

Il primo esoscheletro potenziato, chiamato Hardiman, fu sviluppato da General Electric alla fine degli anni '60. Massiccio e brutale, il seme assomigliava molto ai massicci semi da battaglia immaginati dagli autori di fantascienza. È stato progettato per amplificare sostanzialmente la forza di un utente, ma i suoi inventori non hanno mai inchiodato completamente i controlli e i requisiti di alimentazione. Come indicato nel rapporto finale del progetto:

Il problema dell'interfaccia uomo-macchina nel prototipo di Hardiman I è stato grave. L'elevato guadagno di potenza, la complessità del sistema multi-snodo e l'accoppiamento intimo tra uomo e macchina imponevano molti vincoli di progettazione e ponevano pesanti richieste sulla tecnologia esistente.

Il fallimento di Hardiman ha dimostrato l'estrema difficoltà di sviluppare un esoscheletro con la tecnologia di quell'epoca. Un altro tentativo non è stato fatto fino ai primi anni '90, quando i ricercatori della Kawasaki hanno iniziato a lavorare sulla Potenza Assist Suit [Broken URL Removed], un esoscheletro progettato per aiutare i professionisti medici a muoversi immobili pazienti.

Un'esplosione di nuovi sviluppi si è verificata dopo la fine del secolo. La società giapponese Cyberdyne ha introdotto il concetto dell'esoscheletro HAL-3, Berkeley ha sviluppato un esoscheletro della parte inferiore del corpo chiamato Bleex per aiutare i soldati a trasportare carichi pesanti su lunghe distanze, e Honda ha messo insieme un paio di esoscheletri della parte inferiore del corpo progettati per persone parzialmente mobili che potrebbero altrimenti avere bisogno di un bastone o di un deambulatore.

Accensione

Il fallito progetto Hardiman è il tipo di seme che la maggior parte della gente pensa quando gli viene detto di immaginare un esoscheletro. Molti di noi ricordano immagini della finzione, come il famoso esoscheletro pilotato da Sigourney Weaver (o meglio, lo stuntman nascosto dietro di lei) in Aliens.

Un esoscheletro massiccio può certamente stupire il pubblico, ma il suo uso pratico è limitato. Le batterie mancano ancora della resistenza necessaria per alimentare una macchina bestiale per lunghi periodi di tempo e un grande esoscheletro non fa molto che un carrello elevatore, una gru o un altro veicolo non possano già raggiungere. Gli esoscheletri moderni si concentrano sul miglioramento degli esseri umani in modi pratici che possono essere utili ogni giorno in una varietà di situazioni.

Uno degli ultimi progetti è Human Universal Load Carrier, o HULC, un esoscheletro militare progettato da Lockheed-Martin per migliorare notevolmente le capacità fisiche dei soldati. L'idea di base, come affermato dal gestore del programma Jim Ni e dettagliato in un comunicato stampa dell'azienda, è quello di aumentare la resistenza e la forza, riducendo anche il rischio di lesioni.

[HULC] consente ai soldati di fare cose che non possono fare oggi, aiutandoli a proteggerli dalle lesioni muscoloscheletriche. - Jim Ni, responsabile del programma HULC

Ciò non sembra molto diverso dai benefici che Nicholas Yagn ha affermato per il suo esoscheletro oltre un secolo fa, ma la tecnologia moderna consente ai ricercatori di realizzare meglio l'idea. HULC può aiutare le saldature a trasportare carichi fino a 200 libbre su vari terreni riducendo al minimo il rischio di lesioni che potrebbero rallentare un soldato sul campo. Le batterie alimentano l'esoscheletro, che pesa oltre cinquanta chili, e la durata può durare fino a 72 ore con attrezzature speciali.

Ma Lockheed-Martin non è l'unica azienda in questo campo. Raytheon ha trascorso gli ultimi otto anni a sviluppare XOS, che spera di ricoprire lo stesso ruolo di HULC. A differenza del suo concorrente, tuttavia, l'XOS copre una parte sostanziale della parte inferiore e superiore dell'utente. I suoi inventori citano una capacità di carico massima simile di almeno 200 libbre, ma il potenziamento della forza si estende alle braccia, che può contenere fino a cinquanta libbre con poco sforzo.

Non solo per i soldati

In Giappone, nel frattempo, Cyberdyne ha continuato lo sviluppo del suo esoscheletro HAL-5. A differenza dei suoi colleghi americani, questo dispositivo è costruito per uso civile piuttosto che militare. L'azienda sta ricercando diversi modelli per l'utilizzo da parte di lavoratori industriali, risposta al disastro professionisti personali e medici.

Un modello per gli arti inferiori progettato per aiutare a riabilitare le persone con problemi di mobilità correlati alle lesioni è stato approvato per l'uso in Europa e viene utilizzato negli studi clinici. Il primo processo, completato nell'aprile di quest'anno, suggerisce che l'esoscheletro fornisce un "miglioramento molto significativo" alla mobilità quando indossato e, con il tempo, migliora anche la capacità del paziente stesso di muoversi senza l'esoscheletro. Solo otto pazienti facevano parte dello studio, tuttavia, quindi è necessario un lavoro maggiore per confermare i benefici di HAL.

Un altro esoscheletro civile che riceve attenzione è il ReWalk, un esoscheletro della parte inferiore del corpo che si adatta a un ruolo simile all'HAL. ReWalk utilizza motori delle gambe a bassa potenza per agevolare la mobilità, offrendo al contempo la durata della batteria per tutto il giorno. A differenza di HAL, ReWalk deve essere utilizzato con le canne, ma è anche più avanti nel suo sviluppo ed è stato approvato in diversi paesi. ReWalk può essere utilizzato per la riabilitazione o può essere acquistato per uso personale in alternativa a una sedia a rotelle o uno scooter elettrico.

Batterie non incluse

FORTIS, che ha appena iniziato i test quest'anno, è il nuovo esoscheletro di Lockheed-Martin. Sebbene il primo round di test sia condotto dalla Marina, questo esoscheletro, a differenza di HULC, è destinato solo per uso civile. Rafforza il corpo dell'utente, riducendo la fatica di maneggiare gli strumenti pesanti che i meccanici della Marina usano spesso per riparare le navi.

Indossando l'esoscheletro FORTIS, gli operatori possono sostenere il peso di quegli utensili pesanti per lunghi periodi di tempo con fatica ridotta. - Adam Miller, direttore di nuove iniziative, Lockheed-Martin

Mentre manca le batterie, FORTIS ha abilità impressionanti. Può aiutare gli utenti a sostenere fino a 36 chili "senza sforzo". All'inizio potrebbe non sembrare molto, ma ricorda che i meccanici usano tali strumenti per ore ogni giorno. Qualsiasi peso notevole può diventare stancante dopo pochi minuti. L'esoscheletro aiuta anche a trasferire questi carichi a terra, riducendo lo sforzo sulla schiena e sulle gambe dell'utente.

Questo tipo di esoscheletro, se dovesse avere successo, potrebbe essere un grande vantaggio per i lavoratori edili e industriali che devono sollevare carichi modesti ripetutamente nel corso della giornata. Gli infortuni sul lavoro sono ancora comuni in questi campi e, nel tempo, possono ridurre notevolmente la qualità della vita per i veterani di questi campi.

La mancanza di potere di FORTIS riduce anche la complessità e i costi, rendendo l'idea più appetibile per una distribuzione su vasta scala. Detto questo, tuttavia, FORTIS è ancora molto presto nel suo sviluppo; è stato annunciato per la prima volta proprio il mese scorso. La maggior parte degli altri progetti di esoscheletri sono in fase di sviluppo da anni, e in alcuni casi da decenni, quindi questo progetto ha ancora molta strada da fare.

Ancora umano, ma migliore

L'attenzione del moderno esoscheletro si è spostata dal potenziamento della forza e della velocità al miglioramento della resistenza. In questo senso l'obiettivo non è di renderci molto più veloci o più forti di prima, ma piuttosto di renderci più durevoli e migliorare la nostra qualità della vita. Sebbene non sia affascinante, questo approccio ha un senso; abbiamo conquistato il sollevamento di carichi pesanti con il carrello elevatore.

Lesioni e sfinimento, tuttavia, sono nemici che dobbiamo ancora sconfiggere. È probabile che un soldato stanco e ferito rallenti l'intera sua unità ed è meno in grado di rispondere alle minacce, e una stima del 2013 ha rilevato infortuni sul lavoro costa fino a $ 250 miliardi all'anno solo negli Stati Uniti. Ridurre la tensione e aumentare la resistenza può essere utile a tutti per la fanteria in battaglia per gli operatori sanitari spostare i pazienti tra i letti, quindi probabilmente vedremo esoscheletri continuare questo nuovo approccio in futuro decennio. Gli esoscheletri non ci daranno forza super umana o velocità ardente, almeno non presto. Ma ci aiuteranno a vivere vite più lunghe e migliori In che modo la tecnologia può influenzare l'evoluzione umanaNon esiste un singolo aspetto dell'esperienza umana che non sia stato toccato dalla tecnologia, compresi i nostri stessi corpi. Leggi di più .

Credito immagine: Lockheed-Martin, Cyberdyne