بعد نصف قرن من بدء العمل في مجال الهياكل الخارجية ، أصبحت العينات الأولى من هذا الجهاز جاهزة للعمل بشكل كامل. تفاخرت شركة لوكهيد مارتن مؤخرًا بأن مشروعها HULC (ناقل الحمولة العالمي البشري) لم يتم اختباره ميدانيًا مع البنتاغون فحسب ، بل إنه جاهز للإنتاج التسلسلي. الهيكل الخارجي HULC الآن "يتنفس في الظهر" من خلال العديد من المشاريع المماثلة من الشركات الأخرى. لكن مثل هذه الوفرة من التصاميم لم تكن دائمًا.
في الواقع ، ظهرت فكرة إنشاء أي جهاز يمكن أن يرتديه الشخص وتحسين صفاته الجسدية بشكل كبير في النصف الأول من القرن الماضي. ومع ذلك ، حتى وقت معين كان مجرد فكرة أخرى لكتاب الخيال العلمي. بدأ تطوير نظام قابل للتطبيق عمليًا فقط في نهاية الخمسينيات. أطلقت شركة جنرال إلكتريك ، تحت رعاية الجيش الأمريكي ، مشروعًا يسمى هارديمان. كانت المهمة الفنية جريئة: كان من المفترض أن يسمح الهيكل الخارجي لشركة جنرال إلكتريك للشخص بالعمل بأحمال يصل وزنها إلى ألف ونصف الكيلوغرام (حوالي 680 كيلوغرام). إذا اكتمل المشروع بنجاح ، فسيكون للهيكل الخارجي هاردمان آفاق كبيرة. لذلك ، كان الجيش يعتزم استخدام التكنولوجيا الجديدة لتسهيل عمل صانعي السلاح في سلاح الجو. بالإضافة إلى ذلك ، كان العلماء النوويون والبناة وممثلو العديد من الصناعات الأخرى "في الصف". ولكن حتى بعد عشر سنوات من بدء البرنامج ، لم يتمكن مهندسو جنرال إلكتريك من ترجمة كل ما تم تصوره إلى معدن. تم بناء العديد من النماذج الأولية ، بما في ذلك ذراع ميكانيكي يعمل. كان المخلب الضخم لـ Hardymen يعمل بالطاقة هيدروليكيًا ويمكن أن يرفع 750 رطلاً من الحمولة (حوالي 340 كجم). على أساس "قفاز" واحد عملي ، كان من الممكن إنشاء قفاز آخر. لكن المصممين واجهوا مشكلة أخرى. لم ترغب "الأرجل" الميكانيكية للهيكل الخارجي في العمل بشكل صحيح. وزن النموذج الأولي هاردمان بذراع واحد ورجلين داعمين أقل من 750 كيلوجرامًا ، في حين أن السعة التصميمية القصوى كانت أقل من وزنها. بسبب هذا الوزن وخصائص تمركز الهيكل الخارجي ، عند رفع الحمل ، غالبًا ما يبدأ الهيكل بأكمله في الاهتزاز ، مما أدى إلى الانقلاب عدة مرات. وبسخرية مريرة ، أطلق واضعو المشروع على هذه الظاهرة اسم "رقصة القديس فيتوس الميكانيكية". بغض النظر عن مدى قسوة مصممي شركة جنرال إلكتريك ، لم يتمكنوا من التعامل مع المحاذاة والاهتزازات. في بداية السبعينيات ، تم إغلاق مشروع هاردمان.
في السنوات اللاحقة ، أصبح العمل في اتجاه الهياكل الخارجية غير نشط. من وقت لآخر ، بدأت المنظمات المختلفة في التعامل معهم ، ولكن دائمًا تقريبًا لم تتبع النتيجة المرجوة. في الوقت نفسه ، لم يكن الغرض من إنشاء الهيكل الخارجي هو استخدامه العسكري دائمًا. في السبعينيات ، قام موظفو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، دون نجاح كبير ، بتطوير معدات من هذه الفئة ، مصممة لإعادة تأهيل المعاقين الذين يعانون من إصابات في الجهاز العضلي الهيكلي. لسوء الحظ ، في ذلك الوقت ، وقف المهندسون أيضًا في طريق مزامنة الأجزاء المختلفة من البدلة. وتجدر الإشارة إلى أن الهياكل الخارجية لها عدد من السمات المميزة التي لا تجعل إنشائها أسهل قليلاً. وبالتالي ، فإن التحسن الكبير في القدرات المادية للمشغل البشري يتطلب مصدرًا مناسبًا للطاقة.هذا الأخير ، بدوره ، يزيد من الأبعاد والوزن الميت للجهاز بأكمله. العقبة الثانية تكمن في تفاعل الشخص مع الهيكل الخارجي. مبدأ تشغيل هذه المعدات هو كما يلي: يقوم الشخص بأي حركة بذراعه أو ساقه. تستقبل المستشعرات الخاصة المرتبطة بأطرافه هذه الإشارة وتنقل الأمر المناسب إلى عناصر التشغيل - الآليات الهيدروليكية أو الكهربائية. بالتزامن مع إصدار الأوامر ، تضمن هذه المستشعرات نفسها أن حركة المتلاعبين تتوافق مع حركات المشغل. بالإضافة إلى مزامنة سعة الحركات ، يواجه المهندسون مشكلة التوقيت. النقطة المهمة هي أن أي ميكانيكي لديه وقت رد فعل معين. لذلك ، يجب تصغيره لغرض الراحة الكافية في استخدام الهيكل الخارجي. في حالة الهياكل الخارجية الصغيرة والمضغوطة ، والتي يتم التأكيد عليها الآن ، فإن تزامن حركات الإنسان والآلة له أولوية خاصة. نظرًا لأن الهيكل الخارجي المضغوط لا يسمح بزيادة السطح الداعم ، وما إلى ذلك ، فإن الميكانيكا التي ليس لديها وقت للتحرك مع الشخص يمكن أن تؤثر سلبًا على الاستخدام. على سبيل المثال ، يمكن أن تؤدي حركة "ساق" ميكانيكية في وقت غير مناسب إلى حقيقة أن الشخص ببساطة يفقد توازنه ويسقط. وهذا بعيد كل البعد عن كل المشاكل. من الواضح أن الساق البشرية تتمتع بدرجات أقل من حرية اليد ، ناهيك عن اليد والأصابع.
بدأ أحدث تاريخ للهياكل الخارجية العسكرية في عام 2000. ثم بدأت الوكالة الأمريكية DARPA في بدء برنامج EHPA (الهياكل الخارجية لزيادة الأداء البشري - الهياكل الخارجية لزيادة الأداء البشري). كان برنامج EHPA جزءًا من مشروع Land Warrior أكبر لإنشاء مظهر جندي المستقبل. ومع ذلك ، في عام 2007 ، تم إلغاء Land Warrior ، ولكن استمر جزء الهيكل الخارجي. كان الهدف من مشروع EHPA هو إنشاء ما يسمى ب. هيكل خارجي كامل ، يتضمن مكبرات صوت للذراعين والساقين البشرية. في الوقت نفسه ، لم تكن هناك حاجة لأسلحة أو تحفظات. كان المسؤولون المسؤولون عن DARPA والبنتاغون يدركون جيدًا أن الوضع الحالي في مجال الهياكل الخارجية لا يسمح ببساطة بتزويدهم بوظائف إضافية. لذلك ، فإن الشروط المرجعية لبرنامج EHPA تعني فقط إمكانية حمل الجندي على المدى الطويل في هيكل خارجي لحمولة تزن حوالي 100 كيلوغرام وزيادة سرعة حركته.
أعرب ساكروس وجامعة بيركلي (الولايات المتحدة الأمريكية) ، وكذلك أنظمة Cyberdyne اليابانية ، عن رغبتهم في المشاركة في تطوير التكنولوجيا الجديدة. مرت اثنا عشر عامًا على بدء البرنامج ، وخلال هذا الوقت خضع تكوين المشاركين لبعض التغييرات. أصبح Sacros الآن جزءًا من اهتمام Raytheon ، وأصبح قسمًا في الجامعة يسمى Berkeley Bionics قسمًا من شركة Lockheed Martin. بطريقة أو بأخرى ، هناك الآن ثلاثة نماذج أولية من الهياكل الخارجية التي تم إنشاؤها في إطار برنامج EHPA: Lockheed Martin HULC و Cyberdyne HAL و Raytheon XOS.
أول الهياكل الخارجية المدرجة - HULC - لا يفي تمامًا بمتطلبات DARPA. الحقيقة هي أن البناء الذي يبلغ وزنه 25 كيلوغراماً يحتوي فقط على نظام دعم خلفي و "أرجل" ميكانيكية. لم يتم تنفيذ دعم اليد في HULC. في الوقت نفسه ، يتم زيادة القدرات المادية لمشغل HULC نظرًا لحقيقة أنه من خلال نظام الدعم الخلفي ، يتم نقل معظم الحمل على الذراعين إلى عناصر القوة في الهيكل الخارجي و "يذهب" في النهاية إلى الأرض. بفضل النظام المطبق ، يمكن للجندي حمل ما يصل إلى 90 كجم من البضائع وفي نفس الوقت تجربة حمولة تلبي جميع معايير الجيش. يتم تشغيل HULC بواسطة بطارية ليثيوم أيون تدوم حتى ثماني ساعات. في الوضع الاقتصادي ، يمكن لأي شخص في الهيكل الخارجي المشي بسرعة 4-5 كيلومترات في الساعة. أقصى سرعة ممكنة لـ HULC هي 17-18 كم / ساعة ، لكن وضع التشغيل هذا للنظام يقلل بشكل كبير من وقت التشغيل من شحن بطارية واحد.في المستقبل ، وعدت شركة Lockheed Martin بتزويد HULC بخلايا الوقود ، والتي ستكون سعتها كافية ليوم من التشغيل. بالإضافة إلى ذلك ، في الإصدارات اللاحقة ، وعد المصممون بأيادي "آلية" ، والتي ستزيد بشكل كبير من قدرات مستخدم الهيكل الخارجي.
قدمت Raytheon حتى الآن هيكلين خارجيين متشابهين إلى حد ما مع مؤشرات XOS-1 و XOS-2. وهي تختلف في معايير الوزن والحجم ، ونتيجة لذلك ، في عدد من الخصائص العملية. على عكس HULC ، تم تجهيز عائلة XOS بنظام تخفيف اليد. يمكن لكل من هذين الهيكلين الخارجيين رفع حوالي 80-90 كيلوغرامًا من وزنهما. من الجدير بالذكر أن تصميم كل من XOS يسمح لك بتثبيت معالجات مختلفة على أذرع ميكانيكية. تجدر الإشارة إلى أن XOS-1 و XOS-2 لديهما استهلاك كبير للطاقة حتى الآن. لهذا السبب ، فهي ليست مستقلة بعد وتتطلب مصدر طاقة خارجي. وفقًا لذلك ، فإن الحد الأقصى لسرعة السفر وعمر البطارية غير وارد. لكن وفقًا لشركة Raytheon ، لن تكون الحاجة إلى طاقة الكابلات عقبة أمام استخدام XOS في المستودعات أو القواعد العسكرية حيث يوجد مصدر مناسب للكهرباء.
العينة الثالثة من برنامج EHPA هي Cyberdyne HAL. اليوم ، إصدار HAL-5 مناسب. هذا الهيكل الخارجي هو إلى حد ما خليط من الأولين. مثل HULC ، يمكن استخدامه بشكل مستقل - تدوم البطاريات من 2.5 إلى 3 ساعات. مع عائلة XOS ، يتحد تطوير Cyberdyne Systems من خلال "اكتمال" التصميم: فهو يتضمن أنظمة دعم لكل من الذراعين والساقين. ومع ذلك ، فإن القدرة الاستيعابية لـ HAL-5 لا تتجاوز بضع عشرات من الكيلوجرامات. الوضع مشابه لصفات السرعة لهذا التطور. الحقيقة هي أن المصممين اليابانيين لم يركزوا على الاستخدام العسكري ، ولكن على إعادة تأهيل المعاقين. من الواضح أن هؤلاء المستخدمين ببساطة لا يحتاجون إلى سرعة عالية أو سعة تحميل. وفقًا لذلك ، إذا كان الجيش مهتمًا بـ HAL-5 في حالته الحالية ، فسيكون من الممكن إنشاء هيكل خارجي جديد على أساسه ، شحذ للاستخدام العسكري.
من بين جميع خيارات الهياكل الخارجية الواعدة التي تم تقديمها إلى مسابقة EHPA ، فقط HULC هي التي وصلت حتى الآن إلى الاختبار بالاشتراك مع الجيش. لا يزال عدد من ميزات المشاريع الأخرى لا تسمح ببدء تجاربها الميدانية. في سبتمبر ، سيتم إرسال العديد من مجموعات HULC في أجزاء لدراسة ميزات الهيكل الخارجي في الظروف الحقيقية. إذا سارت الأمور بسلاسة ، فسيبدأ الإنتاج على نطاق واسع في 2014-2015.
في غضون ذلك ، سيكون لدى العلماء والمصممين مفاهيم وتصميمات أفضل. أكثر الابتكارات المتوقعة في مجال الهياكل الخارجية هي القفازات الآلية. المعالجات الموجودة ليست مريحة للغاية بعد لاستخدام الأدوات والأشياء المماثلة المعدة للاستخدام اليدوي. علاوة على ذلك ، يرتبط إنشاء هذه القفازات بعدد من الصعوبات. بشكل عام ، تشبه تلك الموجودة في مجموعات الهياكل الخارجية الأخرى ، ولكن في هذه الحالة ، تتفاقم مشاكل المزامنة بسبب عدد كبير من العناصر الميكانيكية ، وخصائص حركة اليد البشرية ، وما إلى ذلك. ستكون الخطوة التالية في تطوير الهياكل الخارجية هي إنشاء واجهة إلكترونية عصبية. الآن يتم التحكم في حركة الميكانيكا بواسطة أجهزة استشعار ومحركات مؤازرة. أكثر ملاءمة للمهندسين والعلماء هو استخدام نظام تحكم مع أقطاب كهربائية تزيل نبضات الأعصاب البشرية. من بين أمور أخرى ، سيؤدي هذا النظام إلى تقليل وقت تفاعل الآليات ، ونتيجة لذلك ، يزيد من كفاءة الهيكل الخارجي بأكمله.
فيما يتعلق بالتطبيق العملي ، على مدى نصف القرن الماضي ، لم تتغير الآراء حوله بصعوبة. لا يزال الجيش يعتبر المستخدمين الرئيسيين للأنظمة الواعدة.يمكنهم استخدام الهياكل الخارجية لعمليات التحميل والتفريغ ، وإعداد الذخيرة ، بالإضافة إلى ذلك ، في حالة القتال ، لتعزيز قدرات المقاتلين. وتجدر الإشارة إلى أن القدرة الاستيعابية للهياكل الخارجية ستكون مفيدة ليس فقط للجيش. إن الاستخدام الواسع للتكنولوجيا التي تسمح للشخص بزيادة قدراته البدنية بشكل كبير يمكن أن يغير وجه جميع الخدمات اللوجستية ونقل البضائع. على سبيل المثال ، سينخفض وقت تحميل عربة مقطورة لنقل البضائع في حالة عدم وجود رافعات شوكية بعشرات بالمائة ، مما سيزيد من كفاءة نظام النقل بأكمله. أخيرًا ، ستساعد الهياكل الخارجية التي يتم التحكم فيها عن طريق الأعصاب المعاقين في دعم الأشخاص لعيش حياة كاملة مرة أخرى. علاوة على ذلك ، هناك آمال كبيرة معلقة على الواجهة الإلكترونية العصبية: في حالة إصابات العمود الفقري ، إلخ. في حالة الإصابات ، قد لا تصل الإشارات من الدماغ إلى منطقة معينة من الجسم. إذا "اعترضناها" في المنطقة المتضررة من العصب وأرسلناها إلى نظام التحكم في الهيكل الخارجي ، فلن يظل الشخص مقيدًا على كرسي متحرك أو سرير. وبالتالي ، يمكن للتطورات العسكرية أن تحسن مرة أخرى حياة ليس فقط العسكريين. فقط في الوقت الحالي ، عند وضع خطط كبيرة ، يجب أن تتذكر التشغيل التجريبي للهيكل الخارجي Lockheed Martin HULC ، والذي سيبدأ في الخريف فقط. بناءً على نتائجها ، سيكون من الممكن الحكم على كل من آفاق الصناعة بأكملها والاهتمام بها من المستخدمين المحتملين.
