होमो एक्सटेंसिस। मानव क्षमताओं का विस्तार करना या मानव और रोबोट को कैसे संयोजित करना है

जैसा कि हमने पहले लिखा था , हमारी प्रयोगशाला के काम के प्राथमिकता वाले क्षेत्रों में से एक औद्योगिक एक्सोस्केलेटन है।

जब हम एक्सोस्केलेटन शब्द सुनते हैं, तो रॉबर्ट डाउनी जूनियर की छवि हमेशा हमारे सामने उगती है, जो आयरन मैन के बैंगनी-सोने के कवच से सजे होते हैं, बादलों में चढ़ते हैं और मानवता के दुश्मनों को दाएं और बाएं बिखेरते हैं।

मौजूदा और आज विकसित किए जा रहे एक्सोस्केलेटन अभी तक बहु-टन भार उठाने, समताप मंडल में उड़ान भरने और सुपरसोनिक गति विकसित करने में सक्षम नहीं हैं, लेकिन शायद उनकी आवश्यकता नहीं है? ..

एक्सोस्केलेटन क्या है?

अंतर्राष्ट्रीय मानक आईएसओ 13482: 2014 (एन) रोबोट और रोबोट डिवाइस - व्यक्तिगत देखभाल रोबोट के लिए सुरक्षा आवश्यकताएं एक्सोस्केलेटन को उन रोबोट की सहायता के रूप में वर्गीकृत करती हैं जो उपयोग के दौरान मानव शरीर से जुड़ी होती हैं, जिन्हें आमतौर पर कपड़ों के रोबोट के रूप में संदर्भित किया जाता है। यूएस नेशनल लैंड फोर्सेज रिसर्च लेबोरेटरी ने रोबोटिक्स के डेवलपर्स और ऑपरेटरों के बीच एक सर्वेक्षण किया कि वास्तव में "कपड़े पहने रोबोटिक्स" क्या है, जिसके दौरान सभी उत्तरदाताओं ने सहमति व्यक्त की:

1. ये पहनने योग्य रोबोट उपकरण हैं, जिनमें से तत्व सीधे मानव ऑपरेटर के लिए तय किए जाते हैं;
2. ये रोबोटिक उपकरण हैं जो ऑपरेटर को शारीरिक रूप से अनलोड करते हैं, उसे शारीरिक सहायता प्रदान करते हैं, और उसकी शारीरिक क्षमताओं को बढ़ाते हैं।

इस प्रकार, एक एक्सोस्केलेटन एन्थ्रोपोमोर्फिक संरचनाओं के तत्वों के साथ एक पहनने योग्य (किसी व्यक्ति पर पहना जाने वाला) यांत्रिक उपकरण या मेकैट्रॉनिक सॉफ्टवेयर पैकेज है, जिसे बाद की मोटर गतिविधि को सिंक्रनाइज़ और नकल करके किसी व्यक्ति की शारीरिक क्षमताओं को गुणा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। शारीरिक क्षमताओं को गुणा करने की बात करते हुए, हमारा मतलब केवल ओलंपिक "तेज़" नहीं है! उच्चतर! मजबूत! ”, लेकिन यह भी स्वस्थ, मजबूत, अधिक कुशल, तकनीकी रूप से अधिक सही है। एक्सोस्केलेटन को लोगों को उनके कुछ मौजूदा शारीरिक बाधाओं को दूर करने में मदद करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, इस प्रकार यह एक रोबोट कार्यकर्ता की ताकत, धीरज और सटीकता के साथ मानव कार्यकर्ता की बुद्धि, रचनात्मकता, अनुकूलन क्षमता और सीखने की क्षमता को जोड़ती है। इस खंड में, एक्सोस्केलेटन एक अजीब तरह का सहयोगी रोबोटिक्स भी है।

एक्सोस्केलेटन का इतिहास और विकास

एक एक्सोस्केलेटन के पूर्वज को एक अलंकृत माना जा सकता है। Elastiped - सैन्य उपयोग के लिए चलने, कूदने और कूदने की सुविधा के लिए डिज़ाइन किया गया एक उपकरण। इस आविष्कार के लेखक रूसी आविष्कारक निकोलाई अलेक्सांद्रोविच यागन (1849 - 1905) हैं। XIX सदी के अंत में, उन्होंने निष्क्रिय एक्सोस्केलेटन "एलास्टिपेड" के कई संशोधनों को विकसित और पेटेंट किया।

20 वीं शताब्दी के शुरुआती 60 के दशक में जनरल इलेक्ट्रिक के विशेषज्ञों द्वारा पावर एक्सोस्केलेटन विकसित करने का पहला प्रयास किया गया था। हार्डिमन नामक एक परियोजना अमेरिकी रक्षा विभाग द्वारा कमीशन की गई थी। परियोजना के दौरान, एक दो-पांडुलेटरी मंच और एक इलेक्ट्रो-हाइड्रोलिक ट्रांसमिशन के साथ एक जोड़तोड़ विकसित किया गया था, जिसका डिजाइन 680 किलोग्राम तक कुल वजन उठाने की संभावना प्रदान करना था।
Elastiped N. A. यज्ञ, रेखाचित्र

एक्सोस्केलेटन डिज़ाइन का एक महत्वपूर्ण दोष ऑपरेशन के दौरान होने वाला कंपन था, जिसने परीक्षण के दौरान डिवाइस को बार-बार पलट दिया। ऑपरेटर से जुड़े टेस्ट आयोजित नहीं किए गए हैं।
नतीजतन, अनुसंधान ने एक्सोस्केलेटन के मैनिपुलेटर्स में से एक के विकास पर ध्यान केंद्रित किया। इस तथ्य के बावजूद कि डेवलपर्स 750 पाउंड (340 किग्रा) की लक्ष्य भार क्षमता हासिल करने में कामयाब रहे, डिवाइस का द्रव्यमान खुद लगभग एक टन का तीन चौथाई था, जो भारित पेलोड के द्रव्यमान से दो गुना से अधिक था।
डिवाइस के डिज़ाइन दोषों को दूर करना संभव नहीं था, परिणामस्वरूप, 1971 में हार्डमैन परियोजना को इसके आगे के विकास के लिए संभावनाओं की कमी के कारण बंद कर दिया गया था [https://en.wikipedia.org/wiki/Hardiman]। दाईं ओर हार्डिमन एक्सोस्केलेटन का प्रोटोटाइप है।

1970 के दशक में, यूगोस्लाव वैज्ञानिक मिओमिर वुकोब्रतोविच ने वायवीय ड्राइव के साथ एक प्रोटोटाइप एक्सोस्केलेटन बनाया, जो लकवाग्रस्त लोगों को अपने पैरों पर वापस लाने में मदद करने वाला था। 80 के दशक में, वुकोब्रतोविच ने यूएसएसआर के लिए अपने एक्सोस्केलेटन को प्रस्तुत किया। रूसी और यूरोपीय वैज्ञानिकों ने बाद में अपनी प्रौद्योगिकियों का निर्माण करते समय वुकोब्रतोविच की परियोजना के आधार के रूप में लिया। इसलिए, 1980 के दशक की शुरुआत में, एन। एन। प्रायरोव सेंट्रल इंस्टीट्यूट ऑफ ट्रूमैटोलॉजी एंड आर्थोपेडिक्स के विकलांग लोगों के लिए एक एक्सोस्केलेटन दिखाई दिया। दिलचस्प बात यह है कि प्रसिद्ध रूसी परियोजना एक्सोएलेट को उन वैज्ञानिकों द्वारा किया जाता है, जिन्होंने मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी में सिर्फ वुकोब्रतोविच परियोजना का अध्ययन किया था।


मिओमीर वुकोब्रतोविच के एक्सोस्केलेटन

कॉम्पैक्ट और सुरक्षित ऊर्जा स्रोतों की कमी, प्रभावी बिजली घटकों की कमी और एक्सोस्केलेटन के विकास को महत्वपूर्ण रूप से नियंत्रित करता है। केवल 2000 के दशक के मध्य में "पावर सूट" बनाने का विचार साकार होने लगा। उदाहरण के लिए, यूनाइटेड स्टेट्स डिफेंस एडवांस्ड रिसर्च प्रोजेक्ट्स एजेंसी (DARPA) ने 2001 में एक्सोस्केलेटन के मानव प्रदर्शन प्रदर्शन कार्यक्रम के भाग के रूप में एक्सोस्केलेटन के विकास की शुरुआत की। एजेंसी ने पांच साल के कार्यक्रम के माध्यम से विभिन्न प्रतिभागियों को $ 50 मिलियन का वित्त पोषण किया। कार्यक्रम के एक हिस्से के रूप में, साल्ट लेक सिटी, उटाह से सरकोस रिसर्च से पहनने योग्य ऊर्जावान स्वायत्त रोबोट (WEAR) प्रणाली को और अधिक परिष्कृत और आधुनिकीकरण के परिणामस्वरूप विकसित किया गया था, जिसमें फुल-साइज पॉवर एक्सकेक्लेटन XOS2 पेश किया गया था, जिसे रक्षा विशाल रेथियॉन (जिन्होंने 2007 में सरको रिसर्च का अधिग्रहण किया था। वर्ष) सितंबर 2010 में।
स्रोत - सेना प्रौद्योगिकी

वर्तमान में, एक्सोस्केलेटल विषय सेवा रोबोटिक्स के सबसे गतिशील रूप से विकसित क्षेत्रों में से एक बन रहे हैं, दुनिया के कई देशों में दर्जनों वैज्ञानिक संगठन और औद्योगिक उद्यम अपने स्वयं के एक्सोस्केलेटन कॉम्प्लेक्स के विकास में लगे हुए हैं, जिनमें यूएसए, जापान, इजरायल, जर्मनी, चीन, फ्रांस, न्यूजीलैंड, नॉर्वे शामिल हैं। , ब्रिटेन, दक्षिण कोरिया, इटली और रूस।

वास्तव में औद्योगिक एक्सोस्केलेटन क्यों?

दुनिया के अनुभव का विश्लेषण हमें यह निष्कर्ष निकालने की अनुमति देता है कि वर्तमान में एक्सोस्केलेटन मॉड्यूल और उनके आधार पर परिसरों के आवेदन के तीन प्रमुख क्षेत्र हैं:

• सैन्य एक्सोस्केलेटन;
• विकलांग व्यक्तियों की गतिशीलता की कमी की भरपाई के लिए पुनर्वास एक्सोस्केलेटन और एक्सोस्केलेटन;
• औद्योगिक उपयोग के लिए एक्सोस्केलेटन।

आज, औद्योगिक एक्सोस्केलेटन की दिशा सबसे बड़ी रुचि है, और इसके कई कारण हैं।

कारण # 1: बाजार का पहलू

औद्योगिक उत्पादन में उपयोग के लिए डिज़ाइन किए गए पहनने योग्य रोबोट उपकरण, एक्सोस्केलेटल प्रौद्योगिकी के व्यावसायिक उपयोग का सबसे तेज़ी से बढ़ता क्षेत्र बन रहा है।

2018-2020 के पूर्वानुमान के साथ 2015 से 2017 की अवधि में वैश्विक एक्सोस्केलेटन बाजार की गतिशीलता। IFR के अनुसार


2023-2024 तक एक्सोस्केलेटन बाजार के विकास का एक खंडित पूर्वानुमान। ग्लोबल मार्केट्स इनसाइट एंड मार्केट्स एंड मार्केट्स के शोध पर आधारित।

काम और उद्योग के लिए एक्सोस्केलेटन का उपयोग निर्माण स्थलों पर, सूखे डॉक में, कारखानों, गोदामों और यहां तक ​​कि सर्जिकल कमरों में भी किया जा सकता है। इस तरह के उपकरणों की शुरूआत तीन महत्वपूर्ण व्यावसायिक कार्यों का समाधान प्रदान करती है:

क) श्रम उत्पादकता बढ़ाना और मैनुअल उत्पादन कार्यों की जटिलता को कम करना;

ख) उत्पादन इकाइयों में काम से संबंधित चोटों और श्रमिकों के व्यावसायिक रोगों की घटना से जुड़े सामाजिक और क्षतिपूर्ति भुगतान की मात्रा में कमी;

ग) कर्मचारियों के लिए अतिरिक्त प्रेरणा प्रदान करना, अधिक आरामदायक काम करने की स्थिति बनाकर हासिल किया गया।

पहनने योग्य रोबोटिक्स एसोसिएशन की नवीनतम प्रस्तुति में, डॉ। जोसेफ हित ने एक्सोस्केलेटल मार्केट के उत्पादन और निर्माण के लिए एक्सोस्केलेटन का वर्णन किया , जो काफी हद तक सही है, क्योंकि पुनर्वास या सैन्य एक्सोस्केलेटन की तुलना में औद्योगिक पावर सूट जैसे कई क्षेत्र हैं। महत्वपूर्ण लाभ:

क) उपभोक्ताओं का चक्र अत्यंत विस्तृत है और संभावित खरीदारों के एक विशिष्ट विशिष्ट समूह तक सीमित नहीं है, इसके अलावा, लक्षित दर्शकों में उच्च स्तर की सॉल्वेंसी के साथ कई सबसे बड़े विनिर्माण निगम शामिल हैं, जो भविष्य में अपने श्रमिकों के लिए लाखों औद्योगिक वॉस्कलेकॉन खरीदने में सक्षम होंगे;

बी) आज तक, इस आला में, अभी तक कोई स्पष्ट नेता और सार्वभौमिक रूप से मान्यता प्राप्त अधिकारी नहीं हैं;

ग) बाजार में प्रवेश के लिए कोई प्रशासनिक और विधायी बाधाएं नहीं हैं;

डी) नरम प्रदर्शन आवश्यकताओं (तुलना में, उदाहरण के लिए, समान सैन्य समाधान के साथ), उपयोग किए गए घटक आधार से जुड़े प्रतिबंधों की अनुपस्थिति, परिणामस्वरूप, विकास और विनिर्माण दोनों की कम लागत।

कारण # 2: सामाजिक पहलू

यहां तक ​​कि आधुनिक उच्च तकनीक विनिर्माण उद्यमों में, उत्पादन प्रक्रियाओं के हिस्से के रूप में, ऐसे कई ऑपरेशन हैं जो स्वचालित रूप से करना काफी मुश्किल है। यूरोपियन फाउंडेशन फॉर द इम्प्रूवमेंट ऑफ़ लिविंग एंड वर्किंग कंडीशन्स के अनुसार, 64% तक उच्च कुशल श्रमिक विभिन्न वस्तुओं को उठाने और ले जाने में अपने काम के समय का लगभग तीन चौथाई खर्च करते हैं। उत्पादन में विशेषज्ञ लगातार मैनुअल श्रम के उपयोग का सहारा लेते हैं, जिसके परिणामस्वरूप वे हानिकारक कारकों के संपर्क में आते हैं जो चोट की संभावना को बढ़ाते हैं, मुख्य रूप से विभिन्न प्रकार के मस्कुलोस्केलेटल विकारों का विकास होता है, जो यूरोपीय संघ में सबसे आम व्यावसायिक रोगों में से एक हैं। यह बदले में, उनकी विकलांगता की अवधि के दौरान श्रमिकों को बनाए रखने की लागत में वृद्धि की ओर जाता है और पूरे उद्यम में श्रम उत्पादकता में कमी के लिए होता है। वर्क फाउंडेशन के अनुसार, आज लगभग 44 मिलियन यूरोपीय संघ के कार्यकर्ता मस्कुलोस्केलेटल असामान्यताओं से पीड़ित हैं, जो कुल मिलाकर यूरोपीय अर्थव्यवस्था को नुकसान का कारण बनता है, जिसका अनुमान 240 अरब यूरो से अधिक है। और ये केवल यूरोपीय संघ के देश हैं। [ वान डर वर्म, जोहान; O`Sullivan, Leonard; Nugent, राहेल; डी लूज़, मिचिएल। औद्योगिक बहिष्करण के लिए सुरक्षा मानकों को विकसित करने के लिए विचार ]।

कारण # 3: तकनीकी पहलू

औद्योगिक एक्सोसुइट्स पूरे एक्सोस्केलेटन उद्योग की तकनीकी बाधाओं की विशेषता के प्रति बहुत कम संवेदनशील हैं।

a) पूर्ण ऊर्जा स्वायत्तता की शर्तों में क्षेत्र और मार्चिंग उपयोग के लिए इरादा सैन्य एक्सोस्केलेटन के विपरीत, औद्योगिक एक्सोस्केलेटन का उपयोग ज्यादातर कार्यशालाओं, गोदामों, उत्पादन लाइनों, आदि में किया जाना है। इसके कारण, बाहरी नेटवर्क की सक्रिय ड्राइव इकाइयों की आपूर्ति करने वाले स्वायत्त ऊर्जा स्रोतों की आवश्यकताएं कम हो जाती हैं, इसके अलावा, इलेक्ट्रिक नेटवर्क की उपलब्धता के कारण, सभी प्रकार की बैटरी और पीढ़ी प्रणाली की आवश्यकता एक घंटे के लिए गायब हो जाती है। यह हाइड्रोलिक ड्राइव के साथ एक्सोस्केलेटन के लिए विशेष रूप से सच है, जैसा कि मोबाइल तेल स्टेशनों को सीधे एक्सोस्केलेटन मामले पर रखने की आवश्यकता से बचा जाता है, जो बदले में कई संबद्ध कठिनाइयों को दूर करता है।

बी) औद्योगिक एक्सोस्केलेटन के लिए एक नियंत्रण प्रणाली के लिए आवश्यकताओं का स्तर चिकित्सा या सैन्य उपयोग के लिए समान समाधान की तुलना में काफी कम है। एक ओर, एक एक्सोस्केलेटन ऑपरेटर एक सक्षम व्यक्ति है, जिसका अर्थ है कि वह अपने काम में तकनीकी उपकरणों का उपयोग "पारंपरिक" अंगों और नियंत्रण इंटरफेस, जैसे कि जॉयस्टिक, टचपैड, वॉयस इंटरफ़ेस और अन्य के साथ कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप उसे सीखने, महंगे और जटिल होने की आवश्यकता नहीं है। उच्च तकनीक इंटरफ़ेस समाधान, जैसे, उदाहरण के लिए, एक न्यूरो कंप्यूटर इंटरफ़ेस। दूसरी ओर, एक औद्योगिक एक्सोस्केलेटन में नियंत्रण कार्रवाई के लिए प्रतिक्रियाओं की गति और सटीकता एक सैन्य एक्सोस्केलेटन में उतनी महत्वपूर्ण नहीं है, क्योंकि शत्रुता की स्थितियों में प्रतिक्रिया में देरी के एक सेकंड के दो से तीन दसवां हिस्सा बस ऑपरेटर जीवन का खर्च उठा सकता है। औद्योगिक एक्सोस्केलेटन के उपयोग के लिए स्थितियां अक्सर सबसे महत्वपूर्ण नहीं होती हैं।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पिछले बिंदु आपको गुमराह नहीं करना चाहिए: ऊर्जा, कुशल एर्गोनोमिक प्रबंधन और सुरक्षित उपयोग की समस्याएं पूरे एक्सोस्केलेटन उद्योग के कोने हैं, और औद्योगिक एक्सोस्केलेटन किसी भी तरह से अपवाद नहीं हैं, हम केवल यह कहते हैं कि आवश्यकताओं का स्तर इस विशेष मामले में इन तकनीकी पहलुओं को काफी कम किया जा सकता है, जो निश्चित रूप से, आवेदन की शर्तों और बारीकियों पर निर्भर करता है।

औद्योगिक एक्सोस्केलेटन का वर्गीकरण

उनके डिजाइन से, औद्योगिक एक्सोस्केलेटन को ऊपरी या निचले शरीर के एक्सोस्केलेटन में विभाजित किया जा सकता है, साथ ही पूर्ण आकार के एक्सोस्केलेटन भी।

निष्क्रिय पर बल प्रभाव की प्रकृति के द्वारा (ऐसे मामलों में ड्राइव समाधान, समर्थन और उतराई से सुसज्जित नहीं है, विभिन्न प्रकार के डंपर्स, स्प्रिंग्स, शेष, आदि) और सक्रिय के उपयोग के माध्यम से किया जाता है, जो बदले में उपसमूहों में विभाजित किया जा सकता है जो उपयोग किए गए प्रकार के आधार पर किया जा सकता है। ड्राइव समाधान (विद्युत, हाइड्रोलिक, वायवीय, संयुक्त)।

सक्रिय एक्सोस्केलेटन को ऊर्जा आपूर्ति प्रणाली की संरचना के आधार पर स्वायत्त और गैर-स्वायत्त में विभाजित किया जा सकता है।

उनके उद्देश्य के आधार पर, कार्य और उद्योग के लिए एक्सोस्केलेटन परिसरों को 6 श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

• टूल को पकड़ने के लिए एक्सोस्केलेटन: इन एक्सोस्केलेटन में एक स्प्रिंग-लोडेड कंधे, एक यांत्रिक लीवर होता है, जिस पर काम करने वाले उपकरण लगे होते हैं। लीवर निचले शरीर और काउंटरवेट सिस्टम के एक्सोस्केलेटल मॉड्यूल से जुड़ा होता है, जबकि इंस्ट्रूमेंट का वजन जमीन पर स्थानांतरित होता है। अधिकांश भाग के लिए, इस प्रकार के एक्सोस्केलेटन निष्क्रिय हैं, हालांकि, निचले हिस्से में ड्राइव के साथ समान समाधान हैं

।

• एक कुर्सी के बिना कुर्सियां: ये हल्के एक्सोस्केलेटन हैं जो ऑपरेटर के लिए सबसे सुविधाजनक स्थिति में तय किए जा सकते हैं, जो लंबे समय तक काम के दौरान कार्यकर्ता की थकान और थकान को कम करता है या केवल स्थिर स्थिति (उदाहरण के लिए, अर्ध-स्क्वाट स्थिति में)।

• एक्सोस्केलेटन पीठ को सहारा देने के लिए: ये एक्सोस्केलेटन उचित आसन बनाए रख सकते हैं और झुकाव और उठाने पर पीठ और रीढ़ की मांसपेशियों पर तनाव कम कर सकते हैं।

• एक्सो ग्लव्स: मैकेनाइज्ड ग्लव्स जो श्रमिकों को उनके भारी हाथ के औजार कसकर पकड़ने में मदद कर सकते हैं। ऐसे रिवर्स-एक्टिंग उपकरण भी हैं जो उन श्रमिकों की मदद करते हैं जिन्हें हथेली के प्राकृतिक उद्घाटन के साथ शारीरिक समस्या है, जो अपनी उंगलियों को एक एक्सोस्केलेटल दस्ताने के साथ खोलते हैं।

• पूर्ण आकार के एक्सोसुइट्स: कई साल पहले यह माना जाता था कि उत्पादन की समस्याओं को हल करने के लिए भारी फुल-आकार वाले एक्सोसुइट्स का उपयोग किया जाएगा। अब, अधिकांश डेवलपर्स ने अधिक कॉम्पैक्ट, अत्यधिक विशिष्ट समाधानों पर स्विच किया है, हालांकि, भारी पूर्ण आकार के एक्सोस्केलेटन की परियोजनाएं अभी भी विकसित करना जारी रखती हैं।

• मनुष्यों को पूरक करने वाले रोबोटिक मॉड्यूल: एक्सोस्केलेटल मॉड्यूल जो श्रमिक को दूसरी जोड़ी हाथों के साथ प्रदान करते हैं। शरीर पर घुड़सवार दो या अधिक ऑपरेटर-माउंटेड रोबोटिक हथियारों का उपयोग उपकरण या वर्कपीस को रखने के लिए किया जाता है।

आज कौन औद्योगिक एक्सोस्केलेटन को डिजाइन या निर्माण करता है?
दक्षिण कोरिया
देवू जहाज निर्माण और समुद्री इंजीनियरिंग
हुंडई मोटर कंपनी

संयुक्त राज्य अमेरिका
सरकोस / रेथियॉन
लॉकहीड मार्टिन
अमेरिका के बायोनिक
एको बायोनिक होल्डिंग्स, इंक।

जापान
पैनासोनिक - एक्टिवलिंक
Cyberdine
होंडा
मित्सुबिशी भारी उद्योग

फ्रांस
गोबियो रोबोट

नया जोश
Laevo

स्विट्जरलैंड
नोनो ए.जी.

इजराइल
रोटबोट सिस्टम

रूस
ExoChair

पाठ को अल्बर्ट एफिमोव और इगोर ओर्लोव ने सेर्बैंक रोबोटिक्स प्रयोगशाला से तैयार किया था।