Nie minęło pół roku od premiery tego opartego na komiksie Stana Lee filmu, a egzoszkielet trafił na rynek. W Japonii dostępne jest urządzenie o nazwie HAL (Hybrid Assistive Limb), zaprojektowane przez zespół prof. Yoshiyuki Sankaja z Uniwersytetu w Tsukubie. Za 2200 dolarów miesięcznie otrzymujemy coś na kształt kombinezonu składającego się z licznych silniczków na baterie. Dzięki nim można zwiększyć siłę swoich mięśni nawet dziesięciokrotnie. To wspaniała wiadomość dla osób starszych
i cierpiących na różne dolegliwości, na przykład niedowład mięśni. Osoby takie często mają problemy z poruszaniem się, nie wspominając już o trudnościach, jakie sprawia im wykonanie najprostszych czynności – chociażby noszenie zakupów.
Sztuczne mięśnie jak prawdziwe
Powstaje pytanie: jak sterować tym futurystycznym urządzeniem? Okazuje się, że jest to prostsze, niż można by przypuszczać. Kontrolowanie maszynerii HAL-a, czyli swoistych sztucznych mięśni, odbywa się identycznie jak w przypadku tych naturalnych – wystarczy pomyśleć.
Gdy chcemy zacisnąć dłoń, myślimy o tym. W efekcie mózg wysyła sygnał elektryczny, który biegnie przez system nerwowy do odpowiednich mięśni i wydaje im polecenie. Czujniki przyczepione do skóry wychwytują te sygnały. Następnie trafiają one do komputera, a ten – na podstawie ich intensywności – analizuje, ile siły w dany ruch chciał włożyć człowiek. Następnie przelicza, w jakim stopniu egzoszkielet powinien pomóc człowiekowi i przekazuje odpowiednie instrukcje silniczkom. Cała ta skomplikowana operacja odbywa się w ułamku sekundy. Dzięki temu sztuczne mięśnie poruszają się dokładnie w tym samym momencie co te prawdziwe.
Drugi system zastosowany w egzoszkielecie pełni rolę swoistego słownika ruchów. Pomysł jest dość prosty. Każdy ruch, który wykonuje człowiek, składa się z pewnych charakterystycznych elementów. Często jesteśmy w stanie domyślić się, co ktoś chce powiedzieć, już po kilku pierwszych słowach – podobnie jest w tym przypadku, z tym że słowa zostały zastąpione przez ruchy mięśni. I tak, gdy użytkownik będzie chciał na przykład wstać, to komputer domyśli się tego, jeszcze zanim pośladki oderwą się od krzesła.
Oczywiście te charakterystyczne elementy mogą z czasem się zmieniać. Poza tym są różne u różnych osób. Dlatego ten słownik ruchów aktualizuje się automatycznie, bez przerwy analizując ruchy użytkownika.
Technologia zastąpi magię
Można sobie wyobrazić, że kiedyś – dzięki egzoszkieletom – robotnicy przy pracy będą przypominać Galów ze słynnego komiksu o Asteriksie i Obeliksie. Ci po wypiciu magicznego napoju bez wysiłku przerzucali wielotonowe głazy albo podskakiwali na olbrzymie wysokości.
To jeszcze zbyt ambitne zadanie dla HAL-a. Nawet mimo że prof. Sankai zaprojektował egzoszkielet tak, by nadawał się on do górskiej wspinaczki i pracy w głębokim śniegu na wysokości 4 tys. metrów. Na razie producent odradza korzystanie z urządzenia poza domem. To kwestia mało wydajnych baterii. Przy normalnym użytkowaniu HAL może pracować na ok. 5 godzin.
Pierwsze wersje są na ogół toporne. Wystarczy spojrzeć chociażby na wczesne telefony komórkowe czy laptopy. Kolejne wersje HAL-a mogą wprawić nas w osłupienie. Warto dodać, że prof. Sankai zastrzegł sobie, że jego dzieło nie będzie wykorzystywane przez wojsko.
W USA powstaje Iron Man
Nie oznacza to jednak, że trzeba definitywnie zapomnieć o marzeniach z dzieciństwa, w których wkładamy strój Iron Mana. Egzoszkielet na potrzeby wojska tworzą Amerykanie. Liczne projekty tego typu finansuje bądź współfinansuje agencja Departamentu Obrony USA – DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). Jej zadaniem jest rozwijanie technologii, które później znajdą zastosowanie w armii USA. Oczkiem w głowie DARPA jest projekt potocznie określany jako “Żołnierz przyszłości”.
Składa się na niego szereg technologii. Dzięki nim żołnierze będą doskonale widzieć, gdzie na polu walki znajdują się ich koledzy, a gdzie wróg. Nie trzeba chyba wspominać, że będą też dysponować niemalże kosmicznym uzbrojeniem, a nowe mundury ochronią ich przed kulami, które nie wyrządzą im większych szkód.
Za ochronę przed kulami odpowiada warstwa zewnętrzna. Dzisiaj kamizelki wykonywane są głównie z kevlaru, ale powstają jeszcze nowocześniejsze pancerze. Na przykład w ramach wspólnego projektu armii amerykańskiej i uczelni MIT (Massachusetts Institute of Technology) naukowcy szukają sposobu na stworzenie inteligentnego materiału na bazie substancji o nazwie ferrofluid. Materiał skomponowany z cząsteczek żelaza zawieszonych w silikonowym płynie twardniałby w ciągu paru milisekund za każdym razem, gdy popłynąłby przez niego prąd. Podobny projekt prowadzi firma Armor Holdings – substancja o nazwie Shear-Thickening Liquid w chwili, gdy uderza w nią pocisk, natychmiast twardnieje, a gdy towarzysząca uderzeniu energia już się rozproszy, substancja wraca do stanu płynnego. W kontekście tego artykułu bardziej interesująca jest warstwa środkowa. Dzięki niej żołnierz ma zyskać nadludzką siłę i wytrzymałość. Z kolei warstwa wewnętrzna będzie odpowiedzialna za kontrolę i podtrzymywanie funkcji życiowych.
Wyjątkowo ciekawe są trzy projekty, których uczestnicy mają na celu stworzenie technologii dla warstwy środkowej. Dwa z nich prowadzone są na Uniwersytecie Berkley. Pierwszym kieruje profesor Hugh Herr. Jego zespół buduje maszynę, która w przyszłości ma pozwolić na wielogodzinny marsz z ciężkim sprzętem na plecach. ExoHiker, bowiem taką nosi nazwę, ma być przede wszystkim oszczędny. Do pracy potrzebuje zaledwie 2 watów, czyli mniej więcej tyle, ile zużywa przenośne radio. Mimo to jest w stanie przejąć 80 proc. wysiłku wynikającego z niesienia ważącego 40 kilogramów plecaka. Problem w tym, że ExoHiker krępuje ruchy, co jest poważną wadą.
Pod tym względem lepiej radzi sobie pracujący na tym samym uniwersytecie prof. Homayoon Kazerooni. Jego zespół buduje HULC (Human Load Carrier). Człowiek, który go założy, będzie niósł ważący ok. 50 kilogramów plecak, zużywając przy tym o 15 proc. tlenu mniej, niż robiłby to bez mechanicznej pomocy. Co bardzo ważne, urządzenie jest w stanie pracować nawet do 20 godzin na jednym ładowaniu baterii.
Jednak najbardziej zaawansowany egzoszkielet świata powstaje w laboratoriach firmy Sarcos na zlecenie DARPA. Sarcos XOS ma największe szanse na to, by wkrótce nieść pomoc żołnierzom na polu walki. Jego możliwości już dzisiaj można podziwiać na YouTube. Na jednym z klipów inżynier Rex Jameson bez trudu podnosi 90–kilogramowe odważniki. Podczas jednego z takich “treningów” wykonał 500 powtórzeń. I nawet się nie zmęczył. Egzoszkielet Sarcos idealnie naśladuje ruchy człowieka. I – już teraz – jest bardzo szybki. Dzięki temu nadaje się nie tylko do przenoszenia ciężkiego sprzętu, ale także do walki. Na innym filmie widzimy, jak tester wyprowadza ciosy, mając na sobie XOS. Jedno takie uderzenie mogłoby zwalić z nóg boksera wagi ciężkiej. Jeszcze inny film pokazuje, jak mechaniczne ramię balansuje pałeczką, która nie spada na ziemię.
Na zamówienie wojskowych
W 2000 roku DARPA przeznaczyła 75 milionów dolarów na projekt o nazwie “Egzoszkielety do zwiększania ludzkiej wydajności” (ang. Exoskeletons for Human Performance Augmentation). Pieniądze trafiły do różnych ośrodków badawczych i firm. Agencja postawiła jednak bardzo ambitne cele. Po pierwsze, by zwykły żołnierz mógł, nie męcząc się, nieść kilkusetkilogramowe ładunki przez wiele dni. Ponadto dzięki sztucznemu szkieletowi miał otrzymać możliwość samodzielnego obsługiwania broni, którą dzisiaj obsługuje dwóch ludzi. Miał być w stanie bez problemu wynieść nawet dwóch rannych towarzyszy z pola walki. Do tego schowany w egzoszkielecie żołnierz ma być lepiej opancerzony i wyżej skakać.
Najwyraźniej urzędnicy dostrzegają potencjał Sarcos XOS, bowiem przyznali kolejny grant na rozwijanie tego projektu. Spełnia on sporą część powyższych wymagań. Jest tylko jeden, podstawowy problem: XOS przez cały czas musi być podłączony do zasilania grubym kablem. Może wprawdzie pracować na zasilaniu wewnętrznym, czyli bateriach, ale te wystarczają najwyżej na 40 minut.
Steve Jacobsen, twórca XOS, zostawił sobie zasilanie na koniec, wychodząc z założenia, że wciąż pojawiają się nowe typy baterii. Gdy uda się dopracować podstawowe funkcje, inżynierowie zabiorą się za zasilanie. Docelowo takie urządzenie ma pracować nawet kilka dni bez zewnętrznego źródła zasilania.
Egzoszkielet na Allegro
Małe są szanse na to, byśmy w najbliższym czasie mogli wypróbować, jak działa XOS. Gdy uda się go dopracować – a to zajmie jeszcze co najmniej kilka lat – w pierwszej kolejności trafi do armii. Później zapewne do służb porządkowych czy ratowniczych. Egzoszkielet będzie przydatny nie tylko podczas tłumienia zamieszek, ale także przy wnoszeniu ciężkiego sprzętu strażackiego po schodach płonącego wieżowca. Będą z niego korzystać zapewne także wysoko wyspecjalizowani konstruktorzy (np. platform wiertniczych).
Pocieszeniem może być fakt, że dostępny w Japonii HAL-5 ma niedługo trafić też do wybranych krajów europejskich. Firma Cyberdyne uruchamia już swoje przedstawicielstwo na naszym kontynencie. Niewykluczone więc, że za kilka lat używany egzoszkielet pojawi się na Allegro. Inna sprawa, że jego cena zapewne przyprawi o niemały zawrót głowy.
Trochę historii
Pierwsza próba stworzenia dającego człowiekowi ogromną siłę egzoszkieletu miała miejsce w 1965 roku. Wtedy koncern General Electric rozpoczął projekt Hardiman. Zadaniem inżynierów było stworzenie urządzenia, które pozwalałoby zwykłemu człowiekowi na podnoszenie ciężarów ważących do 700 kilogramów. Niestety, potężna maszyneria nie nadawała się do pracy, bo przy każdej próbie wykonywała gwałtowne i niekontrolowane ruchy. Projektanci dostali więc prostsze zadanie – stworzyć tylko jedno ramię, które byłoby w stanie podnieść ciężar o wadze 350 kilogrmów. Udało się je zbudować, ale urządzenie ważyło trzy czwarte tony, w związku z czym do niczego się nie nadawało. Projekt zarzucono więc w latach 70.