외골격

최근에 외골격에 대해 점점 더 많이 들었지만, 이 발명의 역사는 XNUMX세기까지 거슬러 올라간다는 것이 밝혀졌습니다. 수십 년 동안 어떻게 변했는지, 그리고 진화의 전환점은 어떤 모습인지 알아보세요. 

1. Nikolai Yagn의 특허 삽화

1890 – 외골격을 만드는 최초의 혁신적인 아이디어는 1890세기로 거슬러 올라갑니다. 420179년 Nicholas Yagn은 미국에서 특허(특허번호 US XNUMX A) "걷기, 달리기 및 점프를 용이하게 하는 장치"(1). 그것은 나무로 만든 갑옷으로, 수 킬로미터의 행군 동안 전사의 속도를 높이는 것이 목적이었습니다. 디자인은 최적의 솔루션을 추가로 검색할 수 있는 영감의 원천이 되었습니다.

1961 - 60년대에 제너럴 일렉트릭은 코멜 대학의 과학자 그룹과 함께 인간의 운동을 지원하는 전기 유압식 슈트를 만들기 시작했습니다. Man Augmentation 프로젝트에 대한 군대와의 협력은 Hardiman의 개발로 이어졌습니다.2). 이 프로젝트의 목표는 인간의 자연스러운 움직임을 모방하여 거의 700kg의 물체를 들어 올릴 수 있는 수트를 만드는 것이었습니다. 의상 자체의 무게는 같았지만 유형의 무게는 20kg에 불과했습니다.

2. General Electric 프로토타입 열교환기

프로젝트의 성공에도 불구하고 그 유용성은 무시할 만하고 초기 사본은 비쌉니다. 제한된 이동성 옵션과 복잡한 전원 시스템은 결국 이러한 장치를 사용할 수 없게 만들었습니다. 테스트 중에 Hardiman은 350kg 만 들어 올릴 수 있으며 장기간 사용하면 위험하고 조정되지 않은 움직임이 발생하는 경향이 있음이 밝혀졌습니다. 프로토 타입의 추가 개발에서 하나의 팔만 버려졌습니다. 장치의 무게는 약 250kg이지만 이전 외골격만큼 비실용적이었습니다.

70-s. “크기, 무게, 불안정성 및 전력 문제로 인해 Hardiman은 생산에 들어가지 않았지만 산업용 Man-Mate는 60년대의 일부 기술을 사용했습니다. 이 기술에 대한 권리는 GE 엔지니어 중 한 명이 설립한 Western Space and Marine에서 구입했습니다. 이 제품은 더욱 발전하여 현재는 힘 피드백을 사용하여 최대 4500kg을 들어 올릴 수 있는 대형 로봇 팔 형태로 존재하므로 철강 산업에 이상적입니다.

3. 세르비아의 미하일로 푸핀 연구소에서 만든 외골격.

1972 – 초기 활성 외골격과 휴머노이드 로봇은 교수가 이끄는 그룹에 의해 세르비아의 Mihailo Pupin Institute에서 개발되었습니다. 미오미르 부코브라토비치. 첫째, 하반신 마비로 고통받는 사람들의 재활을 지원하기 위해 다리 운동 시스템이 개발되었습니다.3). 능동 외골격을 개발할 때 인간의 보행을 분석하고 제어하는 ​​방법도 개발했다. 이러한 발전 중 일부는 오늘날의 고성능 휴머노이드 로봇 개발에 기여했습니다. 1972년 베오그라드의 한 정형외과에서 하지 마비를 위한 전자 프로그래밍 기능이 있는 능동 공압식 외골격이 테스트되었습니다.

1985 “Los Alamos National Laboratory의 한 엔지니어가 보병용 파워 아머인 Pitman이라는 외골격을 제작하고 있습니다. 장치의 제어는 특수 헬멧에 배치된 두개골 표면을 스캔하는 센서를 기반으로 합니다. 당시 기술의 능력을 감안할 때 제조하기에는 너무 복잡한 디자인이었습니다. 한계는 주로 컴퓨터의 불충분한 컴퓨팅 성능이었습니다. 또한 뇌 신호를 처리하여 외골격 운동으로 변환하는 것은 당시 기술적으로 현실적으로 불가능했습니다.

4. Monty Reed가 디자인한 외골격 구명복.

1986 — 스카이다이빙을 하다가 척추가 골절된 미 육군 병사 몬티 리드(Monty Reed)가 개발한 생존복 외골격(4). 그는 Robert Heinlein의 공상 과학 소설 Starship Troopers에서 병원에서 요양하는 동안 읽은 이동식 보병 복에 대한 설명에서 영감을 받았습니다. 그러나 Reed는 2001년까지 자신의 장치에 대한 작업을 시작하지 않았습니다. 2005년 그는 워싱턴주 시애틀에서 열린 성 패트릭의 날 경주에서 프로토타입 4,8 구조복을 테스트했습니다. 개발자는 로봇 슈트를 입고 평균 속도 4km/h로 14km를 걷는 속도 기록을 세웠다고 주장합니다. 프로토타입 Lifesuit 1,6은 완전히 충전된 상태에서 92km를 갈 수 있었고 XNUMXkg을 들어 올릴 수 있었습니다.

1990-현재 - HAL 외골격의 첫 번째 프로토타입은 산카이 요시유키(Sankai Yoshiyuki)가 제안했습니다.5), 교수. 쓰쿠바대학. Sankai는 1990년부터 1993년까지 22년 동안 다리 움직임을 제어하는 ​​뉴런을 식별했습니다. 그와 그의 팀은 장비의 프로토타입을 만드는 데 5년이 더 걸렸습니다. 10세기 초에 개발된 세 번째 HAL 프로토타입은 컴퓨터에 연결되었습니다. 배터리 자체의 무게는 거의 5kg으로 매우 비실용적이었습니다. 반면 후기 모델인 HAL-XNUMX은 무게가 XNUMXkg에 불과했고 배터리와 제어 컴퓨터가 사용자의 허리에 감겨 있었습니다. HAL-XNUMX는 현재 일본 회사인 Cyberdyne Inc.에서 제조한 사지 의료용 외골격(하지 전용 버전도 사용 가능)입니다. 쓰쿠바 대학과 공동으로.

5. 산카이 요시유키 교수가 외골격 모델 중 하나를 발표합니다.

실내 및 실외에서 약 2시간 40분 동안 작동합니다. 무거운 물체를 들어올리는 데 도움이 됩니다. 케이스 내부의 컨테이너에 있는 컨트롤과 드라이브의 위치는 때때로 큰 곤충과 닮은 대부분의 외골격의 특징인 "배낭"을 제거할 수 있게 했습니다. 고혈압, 골다공증 및 기타 심장 질환이 있는 사람은 HAL을 사용하기 전에 의사와 상담해야 하며 금기 사항에는 심박조율기 및 임신이 포함되지만 이에 국한되지 않습니다. HAL FIT 프로그램의 일환으로 제조업체는 아픈 사람과 건강한 사람 모두에게 외골격 치료 세션을 사용할 수 있는 가능성을 제공합니다. 디자이너 HAL은 업그레이드의 다음 단계가 사용자가 자유롭게 움직이고 심지어 달릴 수 있게 해주는 얇은 수트를 만드는 데 초점을 맞출 것이라고 주장합니다. 

2000 - 교수. Ekso Bionics의 Homayoun Kazeruni와 그의 팀은 Universal Human Cargo Carrier(HULC)를 개발하고 있습니다.6)는 유압 드라이브가 있는 무선 외골격입니다. 그 목적은 전투 군인이 최대 90km / h의 속도로 최대 16kg의 하중을 오랫동안 운반하도록 돕는 것입니다. 이 시스템은 26년 2009월 XNUMX일 AUSA Winter Symposium에서 Lockheed Martin과 라이선스 계약을 체결하면서 대중에게 공개되었습니다. 이 설계에 사용된 주요 재료는 티타늄으로, 가볍지만 높은 기계적 특성과 강도 특성을 지닌 상대적으로 비싼 재료입니다.

외골격에는 최대 68kg의 물체를 운반할 수 있는 흡입 컵이 장착되어 있습니다(인양 장치). 최대 20시간 동안 최적의 부하에서 장치의 정상 작동을 보장하는 2012개의 리튬 폴리머 배터리에서 전원이 공급됩니다. 외골격은 다양한 전투 조건과 다양한 부하에서 테스트되었습니다. XNUMX년 가을에 일련의 성공적인 실험을 마친 후 그는 아프가니스탄으로 보내져 무력 충돌 중에 테스트를 받았습니다. 많은 긍정적인 평가에도 불구하고 프로젝트는 보류되었습니다. 결과적으로 디자인은 특정 동작을 수행하기 어렵게 만들고 실제로 근육의 부하를 증가시켜 일반적인 생성 아이디어와 모순되었습니다.

2001 – 원래 주로 육군을 대상으로 한 BLEEX(Berkeley Lower Extremity Exoskeleton) 프로젝트가 진행 중입니다. 프레임워크 내에서 실질적으로 중요한 자율적 솔루션의 형태로 유망한 결과가 달성되었습니다. 우선 다리에 추가적인 힘을 주기 위해 하체에 부착된 로봇 장치가 만들어졌습니다. 이 장비는 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)의 자금 지원을 받아 캘리포니아 대학교 버클리 기계 공학부 분과인 Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory에서 개발했습니다. Berkeley 외골격 시스템은 병사들에게 음식, 구조 장비, 구급 상자, 통신 및 무기와 같은 모든 유형의 지형에서 최소한의 노력으로 큰 화물을 운반할 수 있는 능력을 제공합니다. 군사 애플리케이션 외에도 BLEEX는 현재 민간 프로젝트를 개발하고 있습니다. Robotics and Human Engineering Laboratory는 현재 다음과 같은 솔루션을 조사하고 있습니다. ExoHiker - 주로 중장비를 운반해야 하는 원정대원을 위해 설계된 외골격, ExoClimber - 높은 언덕을 오르는 사람들을 위한 장비, Medical Exoskeleton - 장애인을 위한 외골격 신체적 능력. 하지 이동성 장애.

8. 작동 중인 Sarcos XOS 2 프로토타입

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2010 – XOS 2가 나타납니다(8)는 Sarcos의 XOS 외골격의 연속입니다. 우선, 새로운 디자인이 더 가볍고 안정적이 되어 최대 90kg의 하중을 정적으로 들어 올릴 수 있습니다. 이 장치는 사이보그와 비슷합니다. 컨트롤은 인공 관절처럼 작동하는 68개의 액추에이터를 기반으로 합니다. 외골격에는 컴퓨터를 통해 액추에이터에 신호를 전송하는 여러 센서가 포함되어 있습니다. 이러한 방식으로 원활하고 지속적인 작동이 이루어지며 사용자는 큰 노력을 느끼지 않습니다. XOS 무게는 XNUMXkg입니다.

2011-현재 – 미국 식품의약국(FDA)에서 ReWalk 의료용 외골격 승인(9). 근력 요소를 이용하여 다리를 강화시켜 마비 환자가 똑바로 서고, 걷고, 계단을 오를 수 있게 해주는 시스템입니다. 에너지는 배낭 배터리에서 제공됩니다. 제어는 사용자의 움직임을 감지하고 수정하는 간단한 휴대용 리모콘을 사용하여 수행됩니다. 이 모든 것은 이스라엘의 Amit Goffer가 설계했으며 ReWalk Robotics Ltd(원래 Argo Medical Technologies)에서 약 PLN 85에 판매하고 있습니다. 불화.

9명의 사람들은 ReWalk 외골격을 착용합니다.

출시 당시 장비는 ReWalk I과 ReWalk P의 두 가지 버전으로 제공되었습니다. 첫 번째는 의료 기관에서 의료 전문가의 감독하에 연구 또는 치료 목적으로 사용됩니다. ReWalk P는 집이나 공공 장소에서 환자가 개인적으로 사용하도록 제작되었습니다. 2013년 2.0월 ReWalk Rehabilitation 1,6의 업데이트 버전이 출시되었습니다. 이것은 키가 큰 사람들을 위한 적합성을 개선하고 제어 소프트웨어를 개선했습니다. ReWalk는 사용자가 목발을 사용해야 합니다. 심혈관 질환 및 뼈 취약성이 금기 사항으로 언급됩니다. 제한은 또한 1,9-100m 이내의 성장과 최대 XNUMXkg의 체중입니다. 이것은 자동차를 운전할 수 있는 유일한 외골격입니다.

10. Ex Bionics eLEGS

2012 이전에 Berkeley Bionics로 알려진 Ekso Bionics가 의료용 외골격을 공개했습니다. 이 프로젝트는 eLEGS라는 이름으로 XNUMX년 전에 시작되었습니다.10), 마비 정도가 다양한 사람들의 재활을 목적으로 했습니다. ReWalk와 마찬가지로 목발을 사용해야 합니다. 배터리는 최소 100시간 동안 사용할 수 있는 에너지를 제공합니다. 엑소 세트 가격은 XNUMX만 정도. 불화. 폴란드에서는 신경계 환자와 함께 작동하도록 설계된 의료 기기인 외골격 Ekso GT 프로젝트가 알려져 있습니다. 그것의 디자인은 뇌졸중, 척수 손상, 다발성 경화증 환자 또는 길랭-바레 증후군 환자를 포함하여 걸을 수 있습니다. 장비는 환자의 기능 장애 정도에 따라 여러 가지 모드로 작동할 수 있습니다.

2013 – 마인드 컨트롤 외골격 프로젝트인 Mindwalker는 유럽 연합으로부터 자금을 지원받습니다. 이 디자인은 브뤼셀 자유 대학의 과학자들과 이탈리아의 산타 루치아 재단 사이의 협력의 결과입니다. 연구원들은 장치를 제어하는 ​​다양한 방법을 테스트했습니다. 그들은 생각으로 장치를 제어할 수 있는 두뇌-신경-컴퓨터 인터페이스(BNCI)가 가장 잘 작동한다고 믿습니다. 신호는 척수를 우회하여 뇌와 컴퓨터 사이를 전달합니다. Mindwalker는 EMG 신호, ​​즉 근육이 움직일 때 사람의 피부 표면에 나타나는 작은 전위(근전위라고 함)를 전자 운동 명령으로 변환합니다. 외골격은 배터리 없이 30kg에 불과한 매우 가볍습니다. 최대 100kg의 성인을 지탱할 수 있습니다.

2016 – 스위스 취리히에 있는 ETH 공과대학은 보조 로봇을 사용하는 장애인을 위한 최초의 사이배슬론 스포츠 대회를 개최합니다. 종목 중 하나는 하지 마비 환자를 위한 장애물 코스의 외골격 경주였습니다. 이 기술과 기술 시연에서 외골격 사용자는 소파에 앉았다 일어나기, 경사면 걷기, 바위 밟기(얕은 산 강을 건너는 것과 같은), 계단 오르기와 같은 작업을 수행해야 했습니다. 아무도 모든 운동을 마스터할 수 없었고, 가장 빠른 팀이 50미터 장애물 코스를 완주하는 데 8분 이상 걸렸습니다. 다음 행사는 외골격 기술 발전의 지표로 2020년에 열릴 예정이다.

2019 – 영국 Lympston의 Commando Training Center에서 열린 여름 시연에서 Gravity Industries의 발명가이자 CEO인 Richard Browning은 Daedalus Mark 1 외골격 제트 수트를 선보였습니다. 이는 영국뿐만 아니라 군대에서도 큰 인상을 남겼습니다. 600개의 소형 제트 엔진 - 그 중 10개는 뒤쪽에 설치되고 각 팔에 추가 쌍 형태로 XNUMX개가 설치되어 최대 XNUMXm 높이까지 올라갈 수 있습니다. 비행 ...