آغاز دوران اسکلت‌های مکانیکی

امسال، اعضای گروه امداد و نجات سیتل ماؤنتن ریسیو در مناطق وحشی شمال غربی ایالات متحده با استفاده از یکتجهیزات غیرمعمول.

آن‌ها در طبیعت‌گردی بادستگاه‌های کمکی حرکتیمجهز به آن‌ها که به باسن و پاها متصل شده‌اند، فعالیت می‌کنند. این تجهیزات که برای افزایش قدرت قسمت تحتانی بدن در هنگام صعود یا حمل بار سنگین طراحی شده‌اند، در حال آزمایش هستند تا بررسی شود که آیا می‌توانند سرعت و استقامت نجات‌دهندگان را در زمان‌های بحرانی - هنگام جستجوی افراد گم‌شده - افزایش دهند.

این دستگاه‌ها به نام‌های exoesqueletos شناخته می‌شوندexoesqueletos. آن‌ها به قسمت‌های بدن متصل می‌شوند تا یک ساختار مکانیکی خارجی را ایجاد کنند - یا "exo". این ساختار مجهز به موتور، توانایی‌های فیزیکی کاربر را افزایش می‌دهد.

در کارهایی که نیازمند تلاش فیزیکی زیادی هستند، کارگران به طور فزاینده‌ای از این نوع دستگاه‌ها برای انجام وظایف طاقت‌فرسا استفاده می‌کنند. شرکت خرده‌فروشی مبلمان سوئدی، IKEA، ازexoesqueletos SuitXبه مدت چندین سال استفاده می‌کند. این دستگاه‌ها به کارکنان انبارها در جابجایی مواد سنگین کمک می‌کنند. شرکت‌هایFord، Boeingومازدا و تویوتاآن‌ها نیز این فناوری را در برخی از خطوط تولید خود نیز به کار گرفته‌اند.

در فنلاند، یک پروژه جدیدنام: ExoPELAارزیابی اینکه آیا زره‌های خارجی می‌توانند بار را از روی عضلات و تنش در فعالیت‌های امدادی و مبارزه با آتش کاهش دهند. این پروژه نشان دادمزایای قابل توجهبرای کاربران در وظایف خاص در دنیای واقعی.

و در اوایل سال 2026، نیروهای مسلح اوکراینفاش کردندکه سربازان آنها از ابتدای سال 2026 از هیدرواسکلت‌های هپرسل در خط مقدم برای کمک به حمل و نقل گلوله های توپ استفاده می کردند. طبق نتایج آزمایش ها، سربازانی که از این دستگاه ها استفاده می کنند "کمتر خسته می شوند، سریعتر کار می کنند و کارایی خود را در نبرد برای مدت طولانی تری حفظ می کنند"، گفت سرهنگ ویتالی سردیوک در روزنامهخبرگزاری آ cavalیندادر مارس

دستگاه‌های پزشکی و مصرفی مختلف، طراحی شده برایکمک در زندگی روزمره, توانبخشیوتمرینات ورزشی، همچنین در دسترس هستند.برخی تخمین‌هاارزیابی درآمد کل این بخش در حدود 500 میلیون دلار (2.5 میلیارد ریال) در حال حاضر، و پیش‌بینی می‌کنند که این رقم می‌تواند تا حدود میانه دهه 2030 دو یا سه برابر شود.

فناوری ساخت اندام‌های مصنوعی در یک دهه گذشته به طور قابل توجهی پیشرفت کرده است. این امر عمدتاً به دلیل دسترسی و مقر بودن موتورهای رباتیک، سنسورها و سیستم‌های کنترل بوده است. اما مفهوم افزایش عملکرد انسان با استفاده از دستگاه‌های مشابه اندام‌های مصنوعی، به قدمت بسیار دورتر بازمی‌گردد.

یکی از اولین ایده‌های شناخته شده،دریافت شده در سال 1890یک جایزه دریافت کرد.گزارش اختراعی برای یک دستگاه متحرک با بخاربرای کمک به حرکت، یکی از اولین مفاهیم یک اسکلت خارجی متحرک

در اواخر دهه 1960، چندیناسکلت‌های روباتیککه شامل سیستم‌های کنترلی الکترونیکی بودندکه قبلاً توسعه یافته بودنداز آن زمان، تحقیقات و توسعه اسکلت‌های روباتیک به سرعت پیشرفت کرده است و منجر به ظهور تعداد زیادی از دستگاه‌ها با کاربردهای تجاری و بالینی شده است.

چگونه کار می‌کنند

استخوان‌ها نیرو ایجاد می‌کنند تا کاربر را قوی‌تر، سریع‌تر یا کمتر مستعد خستگی کند.

برخی از دستگاه‌ها نیزدقت حرکات و مهارت را بهبود می‌بخشندیا به وضعیت کلی بدن کمک می‌کنند. برخی از آنها برای ارتقای توانایی‌های انسانی فراتر از آنچه معمولاً امکان‌پذیر است، طراحی شده‌اند. برخی دیگربه بیماران کمک می‌کنندبا توانایی جسمی کاهش یافته.

معمولاً،exoesqueletos روباتیک مدرن و فعال شامل یک ساختار مکانیکی سبک با لوازم جانبی ارگونومیک است که به بدن انسان متصل می‌شوند. آن‌ها معمولاً در قسمت کمر، شکم و اندام‌های فوقانی یا تحتانی متصل می‌شوند.

به عنوان مثال، دستگاه Hypershell، که در جنگ اوکراین استفاده می‌شود، به کمر و ران کاربر متصل می‌شود تا به خم شدن و صاف شدن لگن و تقویت حرکات قسمت تحتانی بدن کمک کند. دستگاه SuitX، که توسط IKEA استفاده می‌شود، به قسمت شکم و اندام‌های فوقانی متصل می‌شود تا از کمر و شانه‌ها پشتیبانی کند.

در بیشتر exoesqueletos متحرک، اجزای مکانیکی به نامعملگرهااین عملگرها، انرژی الکتریکی باتری‌ها را به حرکت مکانیکی تبدیل کرده و نیروهایی را تولید می‌کنند که به حرکت بدن کمک یا آن را تقویت می‌کنند.

عملگرها توسط واحدهای کنترل داخلی درexoاسکلت کنترل می‌شوند. این واحدها مسیرهای حرکتی exoاسکلت و میزان نیرویی را که آن به بدن کاربر اعمال می‌کند، تعیین می‌کنند. نحوه دقیق حرکت دستگاه و میزان آن، به وظیفه و وضعیت کاربر بستگی دارد - دستگاه از طریق سنسورها برای تعیین آنچه لازم است، استفاده می‌کند.

به عنوان مثال، اگر یک کاربر شروع به دویدن کند، exoاسکلت سرعت حرکات پشتیبانی او را افزایش می‌دهد. اگر متوجه شود که او در حال خستگی است، می‌تواند توان خود را برای جبران افزایش دهد.

واحدهای کنترل معمولاً برای وظایف خاص برنامه‌ریزی شده‌اند، اما exoاسکلت‌های مدرن به طور فزاینده‌ای سازگارتر می‌شوند.برخیآن‌ها مجهز به الگوریتم‌هایی هستند که با توجه به رفتار واقعی کاربران در طول کار، یاد می‌گیرند و به آن‌ها در انجام وظایفشان کمک می‌کنند.

با این حال، کمک ارائه شده توسط exoesqueletos معمولاً در سه دسته قرار می‌گیرد.

خبر:افزایش توانافزایش توان کاربر برای اعمال نیرو. این امر در ارتوستات‌های کمکی، مانند آنهایی که توسط IKEA و اوکراین استفاده می‌شوند، رایج است.

در حالی که تنظیماتکمک به صورت مورد نیازیامقاومت به صورت مورد نیازفقط در صورت نیاز از بدن پشتیبانی می کنند. این پیکربندی اغلب در دستگاه های توانبخشی برای کمک به کاربران در آموزش بدن برای بازیابی توانایی های از دست رفته استفاده می شود.

در نهایت،کنترل رباتیک کامل، که در آن اسکلت خارجی کنترل کامل را بر بخشی از بدن اعمال می کند. این معمولاً برای کاربرانی که برخی از عملکرد های حرکتی را از دست داده اند، توصیه می شود. به عنوان مثال، یک اسکلت خارجی برای قسمت پایین بدن می تواند از کنترل رباتیک کامل برای این امکان را فراهم کند که فردی با آسیب نخاعی بتواند راه برود.

این روش های عملکرد می توانند با هم ترکیب و مطابق با وظیفه خاص، محیط و نیازهای کاربر، تطبیق داده شوند.

آینده چیست؟

در حال حاضر، اکثر ساختارهای خارجی به بازخورد از سنسورها برای تعیین رفتار خود متکی هستند و کاملاً مکانیکی هستند. اما در آینده، ممکن است ساختارهای خارجی با استفاده ازسیگنال‌های عضلانی یا مغزی کاربر قابل کنترل باشندتحقیقات این امکان را بررسی می‌کنند، اما این هنوز یک چالش است. استفاده از این سیگنال‌ها ممکن است به یک رابط با مغز و یک کار تنظیم و تطبیق گسترده برای هر کاربر نیاز داشته باشد.

انرژی نیز یک چالش دیگر است. باتری‌ها باید در ساختارهای خارجی ادغام شوند و به طور منظم شارژ شوند. این محدودیت‌های وزنی و ابعادی را به همراه دارد که کاربرد را تحت تأثیر قرار می‌دهد. با این حال، چگالی انرژی باتری‌ها به طور مداوم در حال بهبود است.

مواد جدید همچنین مرزهای امکان‌پذیر را گسترش می‌دهند. از مواد جدیدی مانندپارچه نرمیاموادی مشابه لاستیککه می‌توانند به لباس‌ها، کفش‌ها یا تجهیزات محافظت اضافه شوند، استفاده می‌شود.

تحقیقاتدر مورد exoesqueletos برای جابجایی در دهه 1960 و 1970، به توسعه اولینربات‌های دوپا انسان‌نماو اکنون علاقه به رباتیک انسان‌نما، توسعه محرک‌ها و باتری‌ها را تسریع می‌کند. این چرخه کامل می‌شود و این پیشرفت‌ها باید فناوری exoesqueletos آینده را تقویت کنند.

ایلدار فارخاتدینوف، مشاور نیست، کار می‌کند، سهام ندارد یا از هیچ شرکت یا سازمانی که می‌تواند از انتشار این مقاله سود ببرد، حمایت مالی نمی‌گیرد و تنها به عنوان یک عضو دانشگاهی، ارتباط دارد.