Пока военные только мечтают о создании эффективного роботизированного снаряжения для армии будущего киногерои уже очень давно освоили все современные технологии. Но судя по активным работам, можно ожидать появление в армии экзоскелетов.

 

В США создан экзоскелет второго поколения

Идея создания устройства, позволяющего в несколько раз увеличить мускульную силу человека, существует уже несколько десятков лет. За это время было представлено множество вариантов экзоскелетов, некоторые из которых были забракованы. 28 сентября американская Raytheon показала экзоскелет второго поколения, уже умеющий многое, но все равно еще не пригодный для массового использования. Однако если учесть скорость, с которой ведутся разработки, то до появления серийных силовых устройств остается не так уж и много времени.

 

Быстрее, выше, сильнее

Впервые требования к экзоскелету для Армии США были сформулированы в 1963 году. Он должен был обеспечивать защиту бойцов, одновременно увеличивая их мускульную силу и уменьшая утомляемость. Работы в рамках проекта тогда вела американская компания General Electric, которая представила первый готовый продукт в конце 1960-х годов. Экзоскелет получил название Hardiman. Благодаря ему, по расчетам инженеров, человек мог бы поднять предмет массой 110 килограммов, прилагая усилия, необходимые для перемещения груза массой 4,5 килограмма.

Hardiman весил 680 килограммов, был неудобен в использовании и отличался замедленной реакцией на действия оператора. Кроме того, одновременное использование частей экзоскелета для верхних и нижних конечностей по необъяснимой причине приводило к неконтролируемому движению конструкции, что могло представлять потенциальную опасность для человека. Из-за этого испытания костюма, надетого на человека, так и не были проведены. Проект получил лишь частичное продолжение - General Electric занялась разработкой механической руки.

XOS 1. Фото с сайта raytheon.com

Готовый вариант руки, которая могла быть интегрирована в экзоскелет, был представлен в начале 1970-х годов. При помощи нее человек получал возможность с минимальными усилиями поднимать грузы массой до 340 килограммов. Основным недостатком руки была ее масса - почти 750 килограммов. Учитывая, что для экзоскелета нужны два подобных приспособления, да еще и комплект ног в придачу, все устройство могло весить под три тонны, что совершенно не удовлетворяло военных. Проект был закрыт, а новые разработки с тех пор не появлялись почти четверть века.

Свое продолжение идея механизированного солдата получила в начале 2000-х годов, когда Управление перспективных разработок (DARPA) министерства обороны США обнародовало семилетнюю программу создания экзоскелетов. Общий объем финансирования программы составил 75 миллионов долларов, часть из которых получил консорциум Raytheon и Sarcos. Вскоре компании показали военным прототип относительно легкого устройства, использующего систему связи человека с электронно-механической частью экзоскелета, которая обеспечивала практически полную синхронизацию движений оператора и механического каркаса.

Дополнительная информация о экзоскелетах

 

Механический воин

Полноценный прототип экзоскелета, получившего название XOS, компании Sarcos и Raytheon представили в 2008 году. Он представлял собой металлическую конструкцию с множеством компактных приводов движения, датчиков мускульной активности и гидравлических клапанов. Конструкция обеспечивала силовую поддержку верхних и нижних конечностей оператора, позволяя без усилий поднимать значительный вес. На спине оператора располагался компьютер, который координировал движения экзоскелета в соответствии с движениями человека. При этом уже все движения осуществлялись синхронно.

Существенными недостатками устройства были высокое энергопотребление и, как следствие, отсутствие автономности, а также ограниченность оператора в движениях. Впрочем, спустя всего два года часть этих ограничений была снята. В конце сентября 2010 года Raytheon показала прототип экзоскелета XOS 2 второго поколения. Это устройство, по другому называемое носимым роботизированным костюмом, стало легче, быстрее и защищеннее от факторов окружающей среды. Кроме того, экзоскелет стал потреблять вдвое меньше энергии. Тем не менее, отказаться от силового кабеля, обеспечивающего аппарат электричеством, инженерам пока не удалось.

XOS 2. Фото с сайта raytheon.com

XOS 2 весит около 70 килограммов и позволяет оператору поднимать грузы массой до 91 килограмма без приложения каких-либо усилий.

Экзоскелеты серии XOS пока разрабатываются с прицелом на военных, занятых транспортировкой различных грузов, а также техников ВВС, оснащающих самолеты вооружением перед вылетом. В полевых условиях использование экзоскелета позволит отказаться от различных погрузочных и транспортировочных машин или домкратов - все тяжести будет переносить оператор костюма. В перспективе планируется создать и боевой экзоскелет, обеспечивающий высокую защиту бойцов и снижающий их утомляемость. Правда, до этого еще далеко. Ведь инженерам придется подумать над значительным уменьшением габаритов устройства, а также его эргономичностью, от которой в боевых действиях будет зависеть жизнь бойца.

Пока же Raytheon и Sarcos занимаются созданием третьего поколения экзоскелетов XOS 3, в которых уже будет реализована автономность, а энергопотребление будет составлять всего 20 процентов от аналогичного показателя XOS 1. Кроме того, новый экзоскелет станет более маневренным и подвижным. Тем не менее, вместе с автономностью инженерам придется решать другую задачу - емкости источника энергии для экзоскелета. Ведь, согласитесь, будет неприятно, если у такого аппарата батарейка "сядет" в момент оснащения самолета перед срочным боевым вылетом.

 

Другие решения

Пока одни компании создают полноценный вариант экзоскелета, другие решили сосредоточиться на создании отдельных его частей. В частности, с 2004 года Калифорнийский университет ведет создание "роботизированных ног", или "экзоскелета нижних конечностей" HULC. Финансирование ведет DARPA. Существующий сегодня прототип устройства весит около 45 килограммов и оснащен примерно 40 гидравлическими механизмами и сенсорами. Механические ноги соединены жесткими креплениями с ботинками и фиксируются в коленях и бедрах специальными ремнями.

Предполагается, что HULC позволит солдатам переносить значительные по весу грузы. В ходе первых испытаний доброволец носил рюкзак массой около 30 килограммов, не ощущая практически никакой тяжести. При этом конструкция HULC позволяет оператору бегать, прыгать, ходить пригнувшись или даже ползти. Работу аппарата на протяжении 72 часов обеспечивают четыре литий-ионных аккумуляторных батареи. Последний прототип устройства оснащен системой быстрого сброса, которая позволяет в случае необходимости скинуть "робоноги" за 30 секунд.

В октябре 2009 года Министерство обороны России объявило, что финансирует разработку новой боевой экипировки для сухопутных войск, ВДВ и морской пехоты. Экипировка," которая получила название "Боец-21", будет использовать элементы экзоскелета, облегчающего передвижение вооруженного бойца. Ожидается, что разработка экипировки завершится к 2015 году. Предположительно, новый комплект экипировки будет весить 22 килограмма.

HAL 5. Фото с сайта trekmovie.com

Между тем, идея экзоскелета получила широкое распространение и за пределами "оборонки". Например, японская компания Cyberdyne занимается созданием экзоскелета HAL, разные версии которого предназначены для спасательных служб и инвалидов. Этот аппарат позволяет человеку поднимать груз, масса которого в пять раз больше обычного, что важно для спасателей, работающих на завалах. Людям же с ограниченной подвижностью HAL 5 позволит преодолеть двигательные ограничения. Созданием "робоног" для инвалидов занимается и японская Honda.

Новозеландская Rex Bionics разрабатывает более совершенные "робоноги" для людей с парализованными нижними конечностями. Ожидается, что такой экзоскелет позволит инвалидам стоять, ходить по горизонтальным и наклонным, гладким и неровным поверхностям, а также разворачиваться на месте и подниматься и спускаться по лестнице. Первый прототип устройства весит всего 38 килограммов.

По-видимому, до полноценного внедрения экзоскелетов в гражданскую жизнь остались считанные годы. Существующие устройства уже способны обеспечить высокую подвижность и защиту людям, чьими профессиональными обязанностями не является война. Если же говорить о боевом применении роботизированных костюмов, то здесь не все так радужно. Да, военные грузчики уже скоро смогут оценить все преимущества экзоскелетов, но солдатам придется еще подождать, пока электронно-механические каркасы не станут портативнее, удобнее, быстрее и автономнее.

 

 

 

 

Теперь давайте поговорим о том каким должет быть экзоскелет, каким его представляют себе фантасты, мечтатели и киношники.

 

 

 

 

     Ох уж эти американские военные! Вот на днях сообщалось, что компания Raytheon представила второй прототип экзоскелета XOS 2 для Армии США. Предположительно устройство будет использоваться для погрузочных работ, однако сами создатели в далекой перспективе помышляют о превращении экзоскелета в настоящий боевой костюм. Проведя серьезный анализ перспектив появления гигантских человекоподобных роботов военных экзоскелетов на службе у США, "Лента.Ру" предлагает вспомнить шесть почерпнутых из кинематографа направлений развития этой технологии.

Caterpillar P-5000 Powered Work Loader

 

Высота "Гусеницы" (именно так с английского переводится caterpillar) составляет около 220 сантиметров, а масса без дополнительной бетонной балансировки нижних конечностей - около 210 килограммов. Водородные топливные элементы, размещенные в задней части устройства, снабжают P-5000 сразу 65 киловаттами мощности, что позволяет оператору без особых трудностей манипулировать грузами массой до 4 тонн. До управления устройством допускаются исключительно лица, имеющие военный эквивалент гражданской лицензии класса 2 на управление роботизированными устройствами.

Перед началом погрузочных работ оператор пристегивает себя в стоячем положении к специальной раме, после чего опускает защитную решетку, предохраняющей лицо и торс. Управляется "Гусеница" довольно просто - она повторяет движения оператора, а контроль дополнительных функций погрузчика осуществляется при помощи клавиш, расположенных под пальцами оператора. Стабилизация аппарата осуществляется при помощи массивных гироскопов, установленных в ногах погрузчика.

P-5000 - довольно капризная машина. При работе с ним необходимо проявлять осторожность - совершение нестандартных манипуляций (например, попытка ходить широким шагом) может привести к сбоям. В среднем, на получение лицензии для управления Caterpillar P-5000, стандартным погрузочным устройством на кораблях космической пехоты, необходимо около 6 недель.

Отметим, что известны случаи применения погрузчика в боевых целях. Так, с помощью подобного аппарата на борту корабля Sulaco Эллен Рипли удалось уничтожить королеву ксеноморфов во время инцидента с колонией на планете LV-426.

Armored Personal Unit (APU)

Высота APU составляет около 8 метров при ширине в районе кабины пилота 6 метров, а скорость передвижения устройства достигает 60 километров в час. Вооружение экзоскелета (именно к этому классу, несмотря на размеры, относится данный аппарат) состоит из двух 90-миллиметровых скорострельных пушек. Оператор APU находится внутри устройства в стоячем положении, аналогичном занимаемому оператором "Гусеницы".

 

Этот экзоскелет представляет собой одну из компонент скоростной мобильной артиллерийской системы, использовавшейся людьми в войне против машин в 2097-2139 годах. APU обычно сопровождает команда из двух человек - один перезаряжает орудия машины (это необходимо делать вручную), в то время как второй прикрывает напарника огнем из стрелкового оружия.

За все время войны было выпущено около 120 тысяч APU, однако на момент обороны Зиона в строю осталось всего 150 (по другим данным, 350 экзоскелетов). Последние 13 из них были приведены в негодность, когда корабль "Мьельнир" выстрелил внутри дока Зиона из электромагнитной пушки.

 

Вообще, население Зиона использовало APU лишь в крайних случаях - в боях с машинами эта техника зарекомендовала себя крайне плохо. Так, например, очень уязвима для огня противника была обслуживающая команда экзоскелета. Кроме этого, экзоскелет не защищал и самого пилота (в ранних версиях внешний каркас, полностью открытый на последних зионских APU, оборудовался броней, которая была, впрочем, малоэффективна). Отчасти это было связано с высокой подвижностью боевых дронов врага и "заторможенностью" гидравлики APU. Для борьбы с последним недостатком, например, во время битвы за Зион экзоскелеты занимали круговую оборону тройками.

Mitsubishi MK-6 Amplified Mobility Platform (AMP)

 

MK-6 является потомком первых боевых костюмов, которые начали применяться на Земле в середине XXI века. Высота устройства составляет 6 метров, а ширина - около 2-х. Устройство предназначено для выполнения как инженерных работ в боевых условиях (в костюме оператор с легкостью манипулирует грузами массой до 500 килограммов), так и непосредственно для ведения боя. В отличие от большинства аналогов, устройство снабжено сверхподвижными манипуляторами, повторяющими конструкцию человеческой руки. Подобное решение позволяет оператору AMP справляться с самым широким кругом задач.

Боевая версия устройства снабжается автоматической 30-миллиметровой пушкой GAU-90 с ленточной подачей боеприпасов и самозатачивающимся керамическим штык-ножом длиной около метра (подобные размеры лезвия при поправке на масштаб рук-манипуляторов MK-6 соответствуют обычному десантному ножу). При передвижении оружие убирается за спину экзоскелета.

Отличительной особенностью используемых на Пандоре вариантов MK-5 является большая прозрачная кабина, обеспечивающая хороший обзор при эксплуатации. Она же, однако, является и главным уязвимым местом конструкции во время боя. Другой особенностью является встроенный автопилот, который в случае гибели или тяжелого ранения оператора автоматически возвращает костюм на базу.

 

В отличие от APU и P-5000, для управления MK-5 в боевых условиях необходима серьезная подготовка - профессиональные пилоты тратят годы на то, чтобы приспособить свою моторику к требованиям электроники костюма.

Биокостюм креветок

Про этот костюм известно относительно немного. Его высота составляет около 4 метров. На борту установлено большое количество оружия. Так, за время ведения боевых действий на территории Района №9 Викус Ван де Мерве использовал протонную пушку, пулемет, а также ракеты. Вокруг костюма генерируется силовое поле, которое позволяет не только останавливать летящие в аппарат снаряды, но и менять их траекторию, "возвращая" атакующим.

 

Примечательно, что аппарат обладает своего рода искусственным интеллектом - он способен вести боевые действия без пилота, защищая креветок (или существ с соответствующим ДНК). С другой стороны, в случае ранения пилота, костюм, в отличие от MK-5, перестает функционировать.

 

Железный человек, модель 3 и 6

Тони Старку, как известно, принадлежит большое количество экзоскелетов, предназначенных для выполнения разного рода задач. В данном случае, речь пойдет о двух моделях Железного человека. Первая - это так называемая третья модель (отсчет ведется от прототипа, собранного Старком в афганском плену). Высота костюма - 2 метра, а масса - около 100 килограммов.

 

Материалом для производства костюма служит сплав титана и золота, который не только позволяет костюму летать на больших высотах (до 40 километров) со скоростями, выше скорости звука в 1,2 раза, но и обеспечивает высокую прочность брони. Так, например, столкновение самолета F-22 с Железным человеком закончилось разрушением первого и лишь незначительным повреждением второго. Кроме того, костюм способен выдерживать прямое попадание из крупнокалиберного пулемета, а также близкий разрыв артиллерийского снаряда.

На борту третьей модели установлено несколько противотанковых ракет, наплечные пулеметы, а также импульсные пушки на ладонях, которые одновременно служат двигателями для костюма. Компьютер экзоскелета поддерживает постоянную связь с центральным компьютером Старка JARVIS, которые обеспечивает пилота своевременной информацией о состоянии дел на поле боя.

 

Шестая модель Железного человека отличается от своего предшественника небольшими внешними изменениями, наиболее заметным из которых является светящийся треугольник вместо круга на грудной панели костюма. Кроме того, на борту этой модели установлено дополнительное вооружение: лазерная пушка (ее применение требует длительной перезарядки) и гранатомет.

Delta-6 Accelerator Suit

 

Секретное военное подразделение G.I. Joe использует силовые костюмы, которые способны ускорять движения своего пилота в несколько раз, выдерживают попадание из малокалиберного оружия, а также сами имеют на вооружении скорострельный пулемет, расположенный непосредственно на руке пользователя. Никаких более подробных данных о характеристиках костюмов нет. Оно и понятно - ведь подразделение-то секретное.

Напоследок вниманию читателей предлагается случайно попавший в интернет видеоролик, наглядно демонстрирующий возможности костюма.

 

     

Test: экзоскелет