Железный человек. На что способен российский армейский экзоскелет

"ГБ Инжиниринг" постоянно прорабатывает варианты модернизации экзоскелета. Сейчас, к примеру, испытывается следующая модификация, позволяющая более свободно поворачиваться влево-вправо.

Ага, только в будущем будет. Это необходимо.
Но в целом молодцы. Если ещё смогут и сайт сделать для своей компании - вообще классно будет). Однако нужны и альтернативные варианты - без конкуренции КБ  в такой  сфере никак.

Ага, только в будущем будет. Это необходимо.

Раз будет "более свободно", значит уже есть, но только "менее свободно". Да и если бы возможности поворота корпуса при ходьбе не было совсем, то и ходить бы можно было только по прямой.

если бы возможности поворота корпуса при ходьбе не было совсем, то и ходить бы можно было только по прямой.

Нет, вполне можно поворачивать, но это будет смотреться довольно смешно)

Хорошо бы в этом экзоскелете можно было бы сидеть.
Ну там сделать стопор, чтоб колени не сгибались сильнее чем на 60 градусов и при такой позе экзоскелет превращался бы в сиденье.
А если вместо жесткого стопора сделать пружины, то они бы амортизировали бы при приземлении с высоты на ноги.
Тогда можно было бы прыгать с высоты с которой у обычного человека бы был риск сломать ноги.
Например, вон там, где щели на коленях - прикрепить эластичные жгуты и тогда при сгибании ног в коленях эти жгуты бы растягивались и амортизировали.

Хорошо бы в этом экзоскелете можно было бы сидеть.
Ну там сделать стопор, чтоб колени не сгибались сильнее чем на 60 градусов и при такой позе экзоскелет превращался бы в сиденье.

В показанных конструкциях ни каких стопоров точно нет. И чтобы не упасть в любом случае понадобятся откидные опоры на спине.

А если вместо жесткого стопора сделать пружины, то они бы амортизировали бы при приземлении с высоты на ноги.

Пока стоит вопрос, как доработать экзоскелет, чтобы в нём можно было нормально ходить, бегать и ползать с минимальными ограничениями, а Вы уже прыгать с большой высоты хотите. :)

И чтобы не упасть в любом случае понадобятся откидные опоры на спине.

Если правильно сделать баланс то сидеть можно будет только за счет того что колени не сгибаются больше предела.
Чтоб нормально и долго функционировать, человеку надо время от времени иметь возможность посидеть - в стоячей позе сильно не отдохнешь.

чтобы в нём можно было нормально ходить, бегать

Так есть же уже приспособления для бега, позволяющие бегать быстрее и дольше:

Я уверен что подпружиненный экзоскелет даст похожий эффект или как минимум сэкономит силы.

Так что не только для "прыгать с высоты" а и для бега.

Если правильно сделать баланс то сидеть можно будет только за счет того что колени не сгибаются больше предела.

А как вы сделаете баланс правильно на двух не прикреплённых к земле опорах, особенно с 50–70 кг груза за спиной? Он же постоянно меняться будет в зависимости от массы снаряжения и грузов, массы тела носителя экзоскелета и так далее. Да и зачем использовать экзоскелет как кресло?

Так есть же уже приспособления для бега, позволяющие бегать быстрее и дольше:

Такие поделки к экзоскелету отношения не имеют. И бегать в них можно только по плотному грунту, бетону или асфальту. Есть и более навороченные изделия. Только практическое применение у них ограничено спортом или развлечениями. А для эксплуатации в сложных условиях они либо не удобны, либо не надёжны, либо слишком травмоопасны.

Только практическое применение у них ограничено спортом или развлечениями.

Это так вышло исторически, но вовсе не означает, что подобное  нельзя применять практически (проведя некую потребную модификацию), в том числе, для целей военных. Например, противопехотные небольшие мины будут менее эффективны, если использовать такие "лапы".

И бегать в них можно только по плотному грунту, бетону или асфальту.

А без них человек может бегать по другим покрытиям?  Очень не долго) Различия между этими "лапами" и ступнями в плане площади опоры  можно легко  нивелировать)

Это так вышло исторически, но вовсе не означает, что подобное  нельзя применять практически

На текущем этапе нельзя. А в отдалённом будущем может что-то подобное и будут использовать.

Например, противопехотные небольшие мины будут менее эффективны, если использовать такие "лапы".

Скорее более эффективны станут. Давление на грунт увеличится.

А без них человек может бегать по другим покрытиям?

Ни когда не бегали по песку или рыхлой земле? :)

Различия между этими "лапами" и ступнями в плане площади опоры  можно легко  нивелировать)

Было бы легко, уже бы давно и массово применяли в армии. А пока даже обычные пассивные экзоскелеты без дополнительных наворотов только-только до ума доводить начали.

Геннадий,  вы по образованию гуманитарий?  В своём предположении исхожу из того, что уж  очень не гуманно вы аргументируете)

Такие поделки к экзоскелету отношения не имеют.

Очень даже имеют.
И дело не в пружинах под подошвами - такая конструкция имитирует работу человеческих связок/жил - они тоже пружинят, когда человек бежит или идет.
Применение искусственных связок в экзоскелете позволит усилить связки.
В том виде что сейчас экзоскелет усиливает только кости, но нельзя нормально передвигаться только за счет усиленных костей, но со слабыми связками.

Геннадий,  вы по образованию гуманитарий?  В своём предположении исхожу из того, что уж  очень не гуманно вы аргументируете)

На стыке гуманитарных и технических наук, скажем так. Но школьный курс физики ещё не совсем забыл. А Вы, если не секрет, к каким научным или техническим дисциплинам отношения имеете? В Ваших технических знаниях тоже пробелы имеются.

Очень даже имеют.

Я тоже знаю о концепциях экзоскелетов с искусственными мышцами, сложными амортизаторами и прочими усовершенствованиями, позволяющими выходить за рамки ограничений человеческой подвижности. Но эти разработки – отдалённая перспектива. Требовать подобных нововведений от простого пассивного экзоскелета не разумно.

В том виде что сейчас экзоскелет усиливает только кости, но нельзя нормально передвигаться только за счет усиленных костей, но со слабыми связками.

В пассивных экзоскелетах подобные решения могут использоваться лишь ограниченно. Без активных приводов эти усилители связок придётся сгибать и разгибать силой мышц или собственным весом, что усложнит передвижение в экзоскелете и во многих ситуациях только ограничит подвижность.

На стыке гуманитарных и технических наук, скажем так.

Загадочно вы изъясняетесь.  Замечу только, что на стыках обычно стучит)

А Вы, если не секрет, к каким научным или техническим дисциплинам отношения имеете? В Ваших технических знаниях тоже пробелы имеются.

Всё что я тут пишу основано исключительно на школьном курсе физики. Оказалось, что до этого уровня не дотягивает большинство икспертов. Такие уж времена)
Давайте обсудим хотя бы один момент.
Вы в качестве аргумента того, что вот эти пружинные лапы не более, чем игрушка, приводите такой довод, что на нетвердой поверхности на них мол не попрыгаешь. Но на нетвердой поверхности и обычным образом не особо попрыгаешь. Если расширить площадь поверхности лапы, сделать её равной или даже больше площади опоры обуви, то на этих лапах прыгать будет лучше, чем без них и на рыхлом грунте тоже.
Когда я пишу про "прыгать" - это условность. Конечно речь не о собственно прыжках, а о передвижении с помощью этих лап. Нужно сказать, что человек при ходьбе пружинит. Причем, пружинит связками. При прыжках (беге и ходьбе) именно в связках аккумулируется доп энергия. Поэтому нам проще прыгнуть повыше после предварительного прыжочка. Лапы вводят в кинематику ещё один пружинный элемент. И при адекватной конструкции и адекватном применении он может быть полезен.
Вернёмся  к нашим баранам. То есть аргумент про рыхлый грунт - вообще не аргумент. Просто для рыхлого грунта нужны лапы с большей площадью опоры. Хотя, конечно, потери  энергии на рыхлом грунте возрастают - приходится совершать работу по его "утаптыванию". Но это же нельзя вменять в  вину лапам.
Ну и "про мины" - там же тоже странный аргумент про силу давления. И защитная функция лап не только в том, что силу давления можно сделать меньше (площадь опры может быть больше). А в том, что воздействие маломощной мины будет гораздо слабее за счет дистанцирования ступни от точки взрыва. Просто школьная физика +"википедия"))). Этого вполне достаточно.
Что касается "технических знаний", то им несть числа. И обладать всей их совокупностью никто не может.  Тут даже не пробелы, а целые неизвестные области технического знания могут иметь место. Но базу -  хотя бы на уровне школьного курса физики  - нужно знать и уметь применять даже гуманитарию.

Ещё одно замечание общего характера. Заметил, что с некоторых пор (довольно давно уже) стало традицией не признавать своих ошибок, даже очевидных. Особенно в интернетах. В лучшем случае - замалчивают. В худшем - !переводят стрелки", базарят бог знает о чём. Тогда как правильным является признать свою ошибку и сказать спасибо тому, кто обратил на эту ошибку внимание и сделал соответствующие поправки. Ошибиться не страшно. Страшно упорствовать в своих заблуждениях (будь то факты или методы мышления). Но нет. Ни за что.
Примета времени.

Без активных приводов эти усилители связок придётся сгибать и разгибать силой мышц или собственным весом, что усложнит передвижение в экзоскелете и во многих ситуациях только ограничит подвижность.

Как раз никакие активные приводы не нужны - человек ,во время передвижения, их тоже не использует для натяжения связок - он их натягивает собственным весом.
И точно также это можно делать при передвижении с экзоскелетом.
Связки - это тоже пассивная помощь в передвижении.
Если у человека увеличен вес (а с рюкзаком он станет больше весить) то ему надо не только укрепить кости, но и усилить связки - тогда передвигаться с грузом станет намного легче - особенно на дальние дистанции.
А переносить тяжелые грузы без усиленных связок - вообще-то травмоопасно.

Вы в качестве аргумента того, что вот эти пружинные лапы не более, чем игрушка, приводите такой довод, что на нетвердой поверхности на них мол не попрыгаешь. Но на нетвердой поверхности и обычным образом не особо попрыгаешь.

Тогда какой смысл в использовании подобных упругих пружинных элементов именно в экзоскелетах? Сейчас основная задача экзоскелетов – увеличение переносимых грузов. Подобные упругие элементы могут использоваться например для поддержки и снижения нагрузки на позвоночник. Но какая польза от них на ногах? Чтобы легче было упасть при ходьбе по неровным поверхностям? Объясните, что должны давать подобные пружины и если они на столько полезны, то почему их ни кто в экзоскелетах не использует? Где они должны находиться в экзоскелете чтобы снижать нагрузку на связки ног но при этом не требовать дополнительных мышечных усилий при ходьбе?

Если расширить площадь поверхности лапы, сделать её равной или даже больше площади опоры обуви, то на этих лапах прыгать будет лучше, чем без них и на рыхлом грунте тоже.

Тогда почему их площадь не расширяют даже в таких игрушках?

Конечно речь не о собственно прыжках, а о передвижении с помощью этих лап.

Допустим мы подпружинили подошву подобным упругим элементом, что это даст при ходьбе и как будет взаимодействовать со связками?

Лапы вводят в кинематику ещё один пружинный элемент.

Не предусмотренный человеческой физиологией.

И при адекватной конструкции и адекватном применении он может быть полезен.

В чём должно заключаться это адекватное применение? В амортизации при прыжке с высоты с большой нагрузкой? Или в чём-то ещё?

Вернёмся  к нашим баранам. То есть аргумент про рыхлый грунт - вообще не аргумент.

Я прекрасно понимаю, что можно уменьшить давление на грунт увеличив площадь опорной поверхности. Но в джамперах наоборот уменьшают их площадь. Можете, как человек с глубокими познаниями в физике, объяснить для чего?

Ну и "про мины" - там же тоже странный аргумент про силу давления.

Про мины Вы первый заговорили. В противоминных ботинках используют конструкции без всяких пружин. Видимо потому, что сохранять равновесие в джамперах очень сложно и ещё сложнее стоять на месте, а падать на минном поле противопоказано.

Просто школьная физика +"википедия"))). Этого вполне достаточно.

Можете с помощью Википедии объяснить, почему у джамперв не делают опорную поверхность равной или превосходящей площади стопы?

Связки - это тоже пассивная помощь в передвижении.

В различных джамперах человеку сложно стоять на месте. Для поддержания равновесия ему приходится либо постоянно перетаптываться, либо широко расставлять ноги. Для экзоскелетов такая конструкция не очень подходит из-за тяжёлых грузов, которые усложняют поддерживание равновесия. Конечно, упругие элементы могут использоваться для амортизации нагрузок на позвоночник, тазобедренные или коленные суставы, но на стопах они вряд ли нужны.

А переносить тяжелые грузы без усиленных связок - вообще-то травмоопасно.

Для этого и используют пассивные экзоскелеты, переносящие часть нагрузки с суставов на шарнирные соединения внешнего каркаса. А при нагрузках более 50–70 кг уже нужны активные экзоскелеты с усиливающими приводами, которые и выполняют основную часть работы мышц и суставов.

Можете с помощью Википедии объяснить, почему у джамперв не делают опорную поверхность равной или превосходящей площади стопы?

Могу предположить,  что их конструкция соответствует назначению.

Допустим мы подпружинили подошву подобным упругим элементом, что это даст при ходьбе и как будет взаимодействовать со связками?

Могу предположить, что в контексте экзоскелетов они могут быть полезны как элементы, накапливающие и отдающие каждый шаг некую толику мех энергии. Чел связки не предназначены,  для такой повышенной динамической нагрузки, которая может на них прийтись при использовании примитивных пассивных экзоскелетов без упругих элементов в "суставах".  Статическую нагрузку такой экзоскелет частично снимает, но динамическую - нет.
А если без экзоскелета,  то наверное они могут обеспечить бОльшую скорость пешего передвижения в сочетании с некоторой противоминной функцией. Лапы могут быть сменные ( в зависимости от характера покрытия).
Честно говоря, я понятия не имею о практической полезности этих упругих лап, речь шла о формальном вопросе аргументирования размышлизмов - не более того.  Но в процессе, я проникся этими "лапами")  
По остальным вопросам тоже всё просто и достаточно очевидно.
Вот вы пишите, что шарнир берет на себя часть нагрузки и разгружает суставы. То бишь  вы имеете ввиду и коленный сустав? Но шарнир сам по себе может как-то разгрузить сустав только в положении, когда нога прямая. И то это неустойчивое положение равновесия.  Его устойчивость определяется силой мышц и крепостью связок. Но как только нога сгибается  в колене, простой шарнир перестаёт разгружать связки (сам сустав, то бишь его опорные поверхности, он разгружать может, а связки - нет). Разгружающий эффект при сгибании колена возможен только в случае наличия в нём сил сопротивления сгибанию - трения или упругих элементов. Трение - плохо. Упругих элементов вроде нет. То бишь дело плохо с разгрузкой колена шарниром)
И т.д.

Где они должны находиться в экзоскелете чтобы снижать нагрузку на связки ног но при этом не требовать дополнительных мышечных усилий при ходьбе?

Там же где у человека связки - пружинить суставы: в колене и у стопы.
Про пружины на пятках никто не говорит - в приведенных попрыгунчиках они сделаны под подошвой, поскольку авторы не хотели делать экзоскелет и сделали суррогат - имитацию - т.е. искусственную стопу, которую можно одеть как обувь.
А есть еще суррогат колена:

Но это не значит что надо делать точно также.
Имея уже готовый экзоскелет , достаточно сделать "связки" там же где они есть у человека.

Кстати, о рыхлом грунте. Давайте посмотрим внимательно на конструкцию нижней опоры  экзоскелета, представленного в данной статье.  В целом площадь опоры человека в экзоскелете  примерно равна  площади ботинка.  То есть на рыхлом грунте (мягкая почва, песок, осыпь, дно ручья или не дай бог болотистая местность) человек с большим грузом за спиной будет "тонуть" ногами  в земле как былинный богатырь.
Мне кажется, что  эта вся шумиха с переноской больших тяжестей в такого рода экзоскелетах (как в  статье) - это больше показуха. Лучше бы  думали не о том, как таскать 50-100 кг, а о том, как  облегчить и ускорить передвижение, увеличить подвижность (плюс элементы противоминной защиты, если это возможно) с "нормальным" весом снаряжения - порядка 20-35 кг. Тут даже рюкзак  хороший с опорой на полужесткий каркас, охватывающий известные части тела (от пояса и чуть ниже) мог бы быть очень кстати (известно кстати, что женщины ввиду особой геометрии фигуры лучше приспособлены к переноске тяжестей в руках - опора руки на бедра -, чем мужчина). Плюс и лёгкий экзоскелет рассчитанный на такие небольшие веса, но с упругими элементами в суставах, м.б с возможностью встать "на лапы" при необходимости и т.п.

Короче говоря - интересная и удивительно слабо проработанная тема.

Могу предположить,  что их конструкция соответствует назначению.

Лично я склоняюсь к мысли, что малая площадь опоры джамперов связана с проблемами балансировки опор с большой площадью при прыжках или быстрой ходьбе. У человеческой стопы есть голеностопный сустав с набором мышц для балансировки. Реализовать подобное балансировочное устройство в джамперах крайне сложно. Например у ходуль тоже малая площадь опоры. Большую площадь опоры имеют различные специализированные промышленные ходули, предназначенные для стояния на них и перемещения с небольшой скоростью на короткие дистанции. Вероятно имеют место взаимо противоположные характеристики. Либо большая площадь опоры и медленное перемещение с высокой устойчивостью, либо быстрое перемещение и малая площадь опоры с низкой устойчивостью. Впрочем, в данном вопросе я могу ошибаться. К сожалению подробного описания физического обоснования малой площади опоры джамперов мне найти не удалось.

Могу предположить, что в контексте экзоскелетов они могут быть полезны как элементы, накапливающие и отдающие каждый шаг некую толику мех энергии. Чел связки не предназначены,  для такой повышенной динамической нагрузки, которая может на них прийтись при использовании примитивных пассивных экзоскелетов без упругих элементов в "суставах".  Статическую нагрузку такой экзоскелет частично снимает, но динамическую - нет.

В нынешних пассивных экзоскелетах груз всегда должен перехаваться через внешние конструкции опорной ноги на землю. В случае прыжка основная часть нагрузки при приземлении тоже должна приходиться на опорные конструкции, а не на связки и кости. Поэтому добавлять туда какие-то энергетические элементы я необходимости не вижу. А для прыжков через заборы уже нужен активный экзоскелет с электромеханическими приводами или искусственными мышцами. Пожалуйста, можете подробнее объяснить, как Вы представляете себе работу подобных упругих элементов в пассивном экзоскелете. Возможно я не правильно представляю себе Вашу идею, потому и не могу её корректно оценить.

А если без экзоскелета,  то наверное они могут обеспечить бОльшую скорость пешего передвижения в сочетании с некоторой противоминной функцией.

Уже пробовали экспериментировать с устройством "Сайгак". Ни чего полезного для военных не получилось. На счёт противоминных функций нужно понять сначала, можно ли вообще у подобных устройств делать опоры большой площади, и не потребуется ли для этого какой-нибудь сложной роботизированной системы балансировки с кучей датчиков и гироскопов.

Честно говоря, я понятия не имею о практической полезности этих упругих лап, речь шла о формальном вопросе аргументирования размышлизмов - не более того.  Но в процессе, я проникся этими "лапами")

Судя по тому, что ни кто не торопится экспериментировать с джамперами в военных целях, там всё далеко не так радужно, как может показаться на первый взгляд. Да и опыт с другими подобными устройствами не обнадёживает.

Вот вы пишите, что шарнир берет на себя часть нагрузки и разгружает суставы. То бишь  вы имеете ввиду и коленный сустав?

Да. Он сгибается в районе коленного сустава, потому и снимает с него часть нагрузки передавая её на поверхность земли через опору.

Но шарнир сам по себе может как-то разгрузить сустав только в положении, когда нога прямая.

Скорее, в определённом секторе сгиба, когда давление передаётся на опору. Но когда нога сильно согнута в колене, она уже перестаёт быть опорной.

Но как только нога сгибается  в колене, простой шарнир перестаёт разгружать связки (сам сустав, то бишь его опорные поверхности, он разгружать может, а связки - нет).

А как в этом случае поможет упругий элемент, если нога уже не опорная?

Разгружающий эффект при сгибании колена возможен только в случае наличия в нём сил сопротивления сгибанию - трения или упругих элементов.

А как будет производиться это сгибание элемента? Силой мышц или под весом тела и груза?

А есть еще суррогат колена:

Кстати очень примечательный пример. Ходули-пого производятся уже около ста лет, но так и остались детской игрушкой. Не исключено, что и всевозможные джамперы так и останутся игрушками, спортивными снарядами и фитнес-тренажёрами.

Имея уже готовый экзоскелет , достаточно сделать "связки" там же где они есть у человека.

И без внешних силовых приводов эти внешние связки могут оказаться бесполезными и даже вредными, снижая надёжность конструкции.

Кстати, о рыхлом грунте.

Конкретно для джамперов специально указывают недопустимость передвижения по мягкому грунту, снегу, песку, сложности при передвижении по булыжной мостовой и даже по земле покрытой облетевшими листьями.

Давайте посмотрим внимательно на конструкцию нижней опоры  экзоскелета, представленного в данной статье.  В целом площадь опоры человека в экзоскелете  примерно равна  площади ботинка.  То есть на рыхлом грунте (мягкая почва, песок, осыпь, дно ручья или не дай бог болотистая местность) человек с большим грузом за спиной будет "тонуть" ногами  в земле как былинный богатырь.

Верно. Для человека в пассивном экзоскелете с грузом давление на грунт вырастет почти вдвое. Но поскольку подошвой стопы в нём управляет сам человек, вероятно есть определённые возможности по увеличению площади подошвы с сохранением возможности балансировки на ней. Но понятно, что у человека с грузом в экзоскелете давление на грунт будет больше, чем у человека без груза. Иначе придётся использовать в экзоскелете конструкции подобные противоминным ботинкам.

Лучше бы  думали не о том, как таскать 50-100 кг,

А без 50–100 кг груза и заморачиваться с экзоскелетами ни кто не станет.

с "нормальным" весом снаряжения - порядка 20-35 кг.

Так не укладываются в 20–35 кг. В этом и вся проблема. Чтобы увеличить поражающие способности оружия приходится его утяжелять. А чтобы защищаться от такого оружия приходится утяжелять бронежилеты, шлемы и защитные костюмы. РПГ M72 весил 2,3 кг, а ПТРК Javelin уже 22,3 кг.  У нас тоже проводили опросы военнослужащих и большинство заявило, что готово носить более тяжёлые РПГ, чтобы иметь возможность гарантированно выводить из строя танки с первого попадания.

Короче говоря - интересная и удивительно слабо проработанная тема.

Потому что очень сложная. А так-то опыта за пятьдесят с лишним лет разработки экзоскелетов накопили много.

А как будет производиться это сгибание элемента? Силой мышц или под весом тела и груза?

Аккумулирование кинетической энергии  будет происходить под действием силы, которая с одной стороны тормозит тело (с грузом), а  с другой - "заряжает" такой мех аккумулятор. То есть - "под весом", точнее, "под массой" (там же не статика,  а динамика). Это всё конечно не просто. С грузом это поможет, а без груза может сковывать движения. Нужна простая, но адаптивная система.

большинство заявило, что готово носить более тяжёлые РПГ, чтобы иметь возможность гарантированно выводить из строя танки с первого попадания.

Да, это понять можно. Но  всё же лучше перевозить, чем таскать.

Аккумулирование кинетической энергии  будет происходить под действием силы, которая с одной стороны тормозит тело (с грузом), а  с другой - "заряжает" такой мех аккумулятор.

То есть, это будут не просто упругие элементы, а некие материалы с управляемым высвобождением запасённой энергии?

Да, это понять можно. Но  всё же лучше перевозить, чем таскать.

Так если бы всё и везде можно было перевозить, то уже бы перевозили. Знаете с какой формулировкой МО США закрыло работы по пранспортным роботизированным системам MULE-T? Они сказали что подобная техника не вписывается в доктрину применения сухопутных войск США.

То есть, это будут не просто упругие элементы, а некие материалы с управляемым высвобождением запасённой энергии?

)) Можно и проще - просто упругие элементы, которые можно оперативно настраивать в зависимости от нагрузки.  В первом приближении конструкция может и должна быть очень простой. Навороченные варианты тоже имеют право на жизнь. Но стартовать нужно с простого. В этом плане  "ГБ Инжиниринг" пошли почти правильным путём.  Но без упругих элементов (и ограничителей подвижности в суставах), на мой взгляд, возможны большие проблемы при практической эксплуатации.  Например, если с большим грузом, слишком сильно согнуть ноги  в коленях, то сил может не хватить встать. А на связки, заметьте,  такой экзоскелет нагрузку  вообще не снимает. Скорее, он усугубляет ситуацию, поскольку психологически груз за спиной  с ним ощущается меньше, а вот на полусогнутых ногах он ударит по связкам с той же силой, как и без экзоскелета. А  повреждения связок - это дело чрезвычайно нежелательное. В такой ситуации их достаточно просто и напрочь порвать.  А если учесть ещё и динамический характер такой нагрузки - то вообще аллес.

Такие вещи давно уже не игрушки.



Человека, несущего большой груз, можно рассматривать как инвалида со слабыми ногами , с отсутствующими мышцами.
Т.е. все те же решения для протезирования конечностей должны быть применены для экзоскелетов.
Это тот же самый подход/теория.

)) Можно и проще - просто упругие элементы, которые можно оперативно настраивать в зависимости от нагрузки.

При различных движениях даже с одинаковым грузом может потребоваться разная упругость. Если они не будут настраиваться автоматически в зависимости от ситуации, то в ряде случаев такие упругие элементы будут не помогать, а мешать.

В первом приближении конструкция может и должна быть очень простой. Навороченные варианты тоже имеют право на жизнь. Но стартовать нужно с простого. В этом плане  "ГБ Инжиниринг" пошли почти правильным путём.  Но без упругих элементов

Так может они пошли таким путём просто потому, что упругие элементы там не нужны? :)

Например, если с большим грузом, слишком сильно согнуть ноги  в коленях, то сил может не хватить встать.

Поэтому пассивные экзоскелеты и ограничены нагрузкой в 50–70 кг. Для больших нагрузок уже нужны активные с силовыми приводами.

А на связки, заметьте,  такой экзоскелет нагрузку  вообще не снимает.

Если пассивный экзоскелет правильно сконструирован, отрегулирован и пристёгнут к телу, то он будет снимать и часть нагрузки со связок. Разумеется, есть и опасность в пассивных экзоскелетах, когда они снимая часть нагрузки с одних частей тела усиливают её на другие части. Тут нужна правильная конструкция, безопасность которой подтверждена медицинскими исследованиями. Или при некоторых движениях могут возникать увеличенные нагрузки. В этом случае, как и с разными джамперами, сам пользователь должен уметь правильно двигаться в экзоскелете и знать, какие движения повышают травмоопасность. Или когда экзоскелет не правильно отрегулирован и надет. В такой ситуации можно не только мышцы или связки, но и кости повредить. Опять же пользователь должен знать, как правильно регулировать и носить экзоскелет.

Такие вещи давно уже не игрушки.

Спортивный инвентарь. Вы видели, чтобы такими протезами в повседневной жизни кто-то пользовался? Они только для бега предназначены.

Человека, несущего большой груз, можно рассматривать как инвалида со слабыми ногами , с отсутствующими мышцами.

Очевидно нельзя. Поэтому медицинские экзоскелеты и экзоскелеты для переноски грузов выделяют в разные категории.

Т.е. все те же решения для протезирования конечностей должны быть применены для экзоскелетов.

Так разные там решения применяются. Одно дело, когда нужно всю конечность заменить, и другое, когда нужно усилить имеющиеся. Что-то конечно можно и там и там использовать. Конструкционные материалы, микрэлектрприводы, датчики и так далее. Но и различий хватает.

Вы видели, чтобы такими протезами в повседневной жизни кто-то пользовался?

А экзоскелетами в повседневной жизни будут пользоваться?
Это тоже "спортинвентарь".
А вообще , инвалиды с похожими даже скалолазаньем занимаются.

Факт тот, что для передвижения человеку просто необходимы связки, которые и усиливаются пружинящими конструкциями.
А экзоскелет без таких связок - это то же самое что и человек у которого они ослабли - пропорционально увеличенному весу.
Как у космонавтов после длительного полета.

Как у космонавтов после длительного полета.

Или у спортсмена, который  перестал тренироваться регулярно.  Связки - самое "больное место".  Это известно любому, кто хоть каким-то боком касался спорта.

Так может они пошли таким путём просто потому, что упругие элементы там не нужны? :)

Вероятно, для демонстрации на выставках - не нужны.  Но только ходить на прямых ногах   можно только в выставочном зале.

Если пассивный экзоскелет правильно сконструирован, отрегулирован и пристёгнут к телу, то он будет снимать и часть нагрузки со связок.

Только в статике - когда человек  в нем стоит  в соответствующем положении частей экзоскелета (особенно, если заблокировать сочленение экзоскелета). При любом изменении этого положения нагрузка будет такая же, как без экзоскелета, либо больше (например, если оси вращения сустава и сочленения экзоскелета будут рассогласованы).  Имеется ввиду пассивный экзоскелет со свободными сочленениями (без искусственных "связок" или эффекта торможения за счет трения или др.).
Мне кажется, что мы это уже по третьему кругу "обсуждаем". Пожалуй что достаточно.

А экзоскелетами в повседневной жизни будут пользоваться?

Некоторые рабочие уже пользуются.
http://www.1gai.ru/autonews/519624-ekzoskelety-dlya-rabotnikov-zavodov-ford.html

Это тоже "спортинвентарь".

Один такой "инвентарь" уже на вооружение принимают. Если ведение сапёрных работ для Вас – это спорт, то инвентарь спортивный. :)

Факт тот, что для передвижения человеку просто необходимы связки, которые и усиливаются пружинящими конструкциями.
А экзоскелет без таких связок - это то же самое что и человек у которого они ослабли - пропорционально увеличенному весу.

Вы можете привести хоть один пример пассивного экзоскелета, где бы такие элементы применялись?

Вероятно, для демонстрации на выставках - не нужны.

А для апробирования в Сирии?

Но только ходить на прямых ногах   можно только в выставочном зале.

Нормально там ноги сгибаются. Просто нужно правильно переносить вес с одной ноги на другую.

Только в статике - когда человек  в нем стоит  в соответствующем положении частей экзоскелета (особенно, если заблокировать сочленение экзоскелета). При любом изменении этого положения нагрузка будет такая же, как без экзоскелета, либо больше (например, если оси вращения сустава и сочленения экзоскелета будут рассогласованы).

Если бы это было так, то пассивные экзоскелеты ни кто бы не разрабатывал. Бывают случаи, когда такие экзоскелеты разгружают одни части тела, например плечи, шею и верхнюю часть позвоночника, но нагружают другие, например тазобедренные суставы или нижнюю часть позвоночника. Но такое характерно либо для частичных экзоскелетов, либо при их неправильной конструкции. В неустойчивых положениях люди при переноске грузов находятся небольшое время, так что пассивный экзоскелет всё равно экономит силы и снижает общую нагрузку. Но, конечно, подобные вопросы требуют дополнительных исследований и наработки статистики. В любом случае лучше таскать на спине 50-килограммовый рюкзак с пассивным экзоскелетом, чем без него.

Мне кажется, что мы это уже по третьему кругу "обсуждаем". Пожалуй что достаточно.

Согласен. Давайте подождём, когда появится больше моделей пассивных экзоскелетов и посмотрим, будут ли в них востребованы подобные упругие элементы для амортизации.

Вы можете привести хоть один пример пассивного экзоскелета, где бы такие элементы применялись?

Может и есть где-то ... например сам человек - пример подобной конструкции - природа зря делать ничего не станет.
Я только помню один детский прикол: расслабившемуся стоящему человеку немного подбивают сзади под коленки и его ноги складываются под собственным весом - получается очень смешно.
Но будет не смешно, если этот вес - килограмм 200.

Может и есть где-то ... например сам человек

Ну, если только человека наизнанку вывернуть, тогда его эндоскелет превратится в экзоскелет. :)

Но будет не смешно, если этот вес - килограмм 200.

А при таком весе пассивные экзоскелеты использовать в принципе не возможно, только активные.

Как предложил уважаемый TopGear, давайте уже заканчивать эту дискуссию. Все свои позиции по данному вопросу уже высказали и, надеюсь, правильно друг друга поняли.

Вы можете привести хоть один пример пассивного экзоскелета, где бы такие элементы применялись?

Вы знаете, я не в курсе относительно таких лечебных  изделий, а что касается военно-прикладных, то ларчик тут может просто открываться.  Денег на эти изыски не выделяют вроде бы. Вот почти никто этим и не занимается.
Пиндосы не в счет по двум причинам. Во-первых, наверное, в силу их парадигмы солдаты не должны быть тяжело нагруженными, а во-вторых, такие штучки если они и захотят иметь - то только круто навороченные - активные.
Надо будет летом на даче слепить что-нибудь) Возникло ощущение (возможно, обманчивое), что тут может быть удивительно простое и достаточно эффективное решение.
Сейчас пришла в голову гениальная мысль - погуглить. Оказывается, куча информации по упругим элементам экзоскелетов)

Вы знаете, я не в курсе относительно таких лечебных  изделий, а что касается военно-прикладных, то ларчик тут может просто открываться.  Денег на эти изыски не выделяют вроде бы. Вот почти никто этим и не занимается.

Что, ни где в мире не выделяют, даже в США? Может потому и не выделяют, что считают это направление не перспективным?

Пиндосы не в счет по двум причинам. Во-первых, наверное, в силу их парадигмы солдаты не должны быть тяжело нагруженными,

Как раз-таки должны. Только утянуть не могут всё, чем их нагружать хотят.

Во-первых, наверное, в силу их парадигмы солдаты не должны быть тяжело нагруженными, а во-вторых, такие штучки если они и захотят иметь - то только круто навороченные - активные.

Все хотят активные. Только ни у кого не выходит пока.

Надо будет летом на даче слепить что-нибудь) Возникло ощущение (возможно, обманчивое), что тут может быть удивительно простое и достаточно эффективное решение.

Пробуйте. Но, к сожалению, обычно если что-то кажется простым, то в большинстве случаев просто сложности не видны с первого взгляда.

Сейчас пришла в голову гениальная мысль - погуглить. Оказывается, куча информации по упругим элементам экзоскелетов)

А ссылкой не поделитесь? А то может я что-то пропустил?

А ссылкой не поделитесь? А то может я что-то пропустил?

Я с вами методом самостоятельного обнаружения ссылок могу поделиться. Это куда полезнее. Открываете поисковик и в окошко поиска вставляете ключевые слова, например - "упругие элементы экзоскелета".  Нажимаете на поиск и видите список  коротких аннотаций по каждой ссылке. КлИкаете. СмОтрите материал.
А вот видео образца с упругим элементом для спины - https://www.youtube.com/watch?time_continue=69&v=zpLU04A9ySQ
Попутно увидел интересную информацию:

Первым изобретателем экзоскелета считается русский «инженеръ-механикъ» Николай Фердинандович Ягн, который ещё в 1890-х годах зарегистрировал ряд патентов на эту тему.

Вот ещё пишут:

В приоритете – не техническая сложность и «напичканность» электроникой, а легкость, простота и пассивность конструкции (отказ от перезаряжаемых источников энергии в пользу упругих элементов).

https://inter.volgatech.net/novosti/Novosti_universiteta/392181/
и т.п.
вот ещё

Упругие элементы костюма накапливали собственную энергию человека при торможении и отдавали в момент продолжения шага.

https://www.rbc.ru/newspaper/2013/11/13/56c036c69a7947299f72da26
Но если вас эта тема так всерьез увлекает, вам лучше самостоятельно покопаться. Мне сейчас точно не до этого.
Представлялось бы удивительным, если бы не было попыток использовать упругие элементы. Ведь это - естественно.
Почему на данный момент нет рабочего серийного варианта для военных, для которых важна именно динамика (для рабочих важнее скорее статика - перемещение самого человека и тяжестей в промышленности решается другими методами) - трудно сказать. Никаких объективных проблем не вижу.  Материалы сейчас есть потрясающие и самые разнообразные, в том числе по своим упругим свойствам. Тут скорее всего дело в специфике заказчика.
Иногда удивительно долго внедряются  очевидно и удивительно полезные нововведения.

А вот бионические ботинки.
Позволяют развивать скорость до 40км в час.
При этом никаких активных механизмов - только пружины.
Этого достаточно.

А вот бионические ботинки.

Замысловатая конструкция) Такое ощущение, что это слишком сложное и как следствие - неоптимальное решение. И резина -  далеко не лучший аккумулятор.

Замысловатая конструкция) Такое ощущение, что это слишком сложное и как следствие - неоптимальное решение.

Сложные, потому-что автор задумал сделать все в виде ботинок.
У него некуда больше цеплять резину, поэтому пришлось делать что-то типа обратных суставов.
Но у экзоскелета все есть - там есть куда зацепиться вплоть до шеи, поэтому если только подпружинить суставы - в коленях и стопах - то будет тот же самый эффект что и бионических ботинках.

И резина -  далеко не лучший аккумулятор.

Что Вы хотите от простого изобретателя.
Конечно у него нет ресурсов ВПК.
Я думаю из современных материалов можно что-то подобрать лучше резины.

А вот бионические ботинки.

Те же самые джамперы, только более сложной и дорогой конструкции. Стоять на месте в них не возможно. Ходить шагом тоже. Но в качестве дорогого спортивного тренажёра или развлекательного аттракциона вполне сгодятся.

А вот видео образца с упругим элементом для спины

Про использование упругих элементов для поддержания позвоночника я и так знаю. И об этом я выше упоминал. Вы можете привести пример использования таких элементов в суставах ног пассивных экзоскелетов?

(отказ от перезаряжаемых источников энергии в пользу упругих элементов).

Опять же не указано, где именно и для каких целей эти элементы должны использоваться.

Упругие элементы костюма накапливали собственную энергию человека при торможении и отдавали в момент продолжения шага.

Вот это действительно похоже на то, что мы обсуждаем. Однако с той статьи прошло уже более 5 лет, а Red Heat Enginee­ring, ныне называемая "AKADEMIA" ни полицейской защитной экипировки, ни медицинского экзоскелета, ни промышленного так и не продемонстрировали. Более того, на своём сайте http://www.gunfighters.ru они об этом проекте уже даже не вспоминают. Так что, попытка создать подобную конструкцию была, но неудачная.

Вы можете привести пример использования таких элементов в суставах ног пассивных экзоскелетов?

Я не специалист в области экзоскелетов. Но вот в процессе немного вник. И увидел, что несмотря на множество различных конструкций и попыток, оптимальных решений или по крайней мере, очевидно работоспособных (и по разумным ценам), пока не видно (ни с упругими элементами "суставов", ни без них). Они, возможно, есть, но ни одно из них не получило широкого распространения. А значит - не апробировано в массовом применении. В этом контексте, пожалуй, должен дезавуировать и те дифирамбы, которые я вначале накидал в адрес компании с приведенной в статье конструкцией пассивного экзоскелета. Сейчас уже не уверен, что это реально рабочий вариант.  В каких-то узких сегментах применения, наверное, может помочь. Представляется, что время для масштабного применения таких решений (пассивных или активных) уже наступило. Элементная база широкая и относительно недорогая.
Что касается защиты связок, то она очевидно необходимо. И тут есть два аспекта. Первый -  ограничители подвижности, чтобы большая нагрузка не выломала сустав (не порвала связки), при нештатной ситуации ("плохом" угле сгиба или неком динамическом усилии), которая может возникнуть в движении.  Второй аспект - помощь связкам (и их защита от перегруза) в накоплении механической энергии. Связки накапливают эту энергию и отдают при следующей фазе движения. Поскольку вес человека с грузом увеличивает эти нагрузки, то их нужно как-то компенсировать. Я не могу понять что вам тут не понятно. Или что представляется нереализуемым. ???
Погуглите сами, если тема вас так интересует. Вот на стр 135  люди вумные что-то пишут (мельком посмотрел) - https://docviewer.yandex.ru/view/119208122/?*=s0qS3ANcPES0u%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&page=136&lang=ru
Конкретные серийные варианты конструкций не знаю вообще - ни с защитой связок, ни без.
При этом нужно иметь ввиду, что разгрузка связок, которая вас так задевает почему-то, может быть реализована упругими  (или демпфирующими) конструктивными элементами, которые  не обязательно будут имитировать работу связок. Решения могут быть разные. Но в этих решениях должны использоваться упругие или демпфирующие элементы. Могут быть и элементы трения. Или их сочетание. Кстати, я приводил ролик юного техника. Который сделал такой пассивный экзоскелет из деревяшек. Таки он додумался использовать подобный элемент в коленом суставе.
А вот защита сустава механизмом "запирания"
"В момент постановки ноги (левой или правой) на опорную поверхность коленный сустав этой ноги запирается (фиксируется). Фиксация коленного сустава означает его блокировку, при которой угол в коленном суставе прекращает свое изменение (на некоторое время). Запирание происходит при помощи специального тормозного механизма, смонтированного в каждом из двух коленных суставов. При запирании коленного сустава экзоскелета его нога, как и связанная с ней нога человека, не может непроизвольно подогнуться в колене, и всю нагрузку в коленном суставе берет на себя запирающее устройство."
https://docplayer.ru/35818690-Ekzoskelet-konstrukciya-upravlenie.html
То есть, проблема есть.  В экзоскелете из статьи не видно, что она решена. Но если даже решается запиранием - то это функционально очень ограничивает применение такого экзоскелета.

А вот для голеностопного сустава конструкция с упругим элементом.
https://gizmod.ru/2015/04/08/yekzoskelet-dlya-nogi/
http://gearmix.ru/archives/19278

Вот ещё что-то наше, весьма оригинальное)
http://www.robogeek.ru/ekzoskelety-protezy/rossiiskie-inzhenery-sozdali-pervyi-otechestvennyi-ekzoskelet-dlya-promyshlennyh-predpriyatii

Отдельное поле для исследований в биомехатронике – системы с эластичными элементами регулируемой жесткости. Они востребованы в широком спектре медицинских приложений, от ассистивной хирургии и диагностических комплексов до интеллектуальных протезов, ортезов или экзоскелетов (рис. 4-5).

https://controlengrussia.com/innovatsii/biomehatronika-shagi-navstrechu-e-nergoe-ffektivny-m-robotam/
Там же про эффекты рекуперации при движении человека.
Кстати, есть интересная популярная книжка Гордон Джеймс - "Конструкции, или почему не ломаются вещи". Там в частности и о сухожилиях человека и их роли при движении. Там вообще очень много интересного. Например о том, почему пожилые люди ломают кости при падении. Настоятельно рекомендую всем.

То есть, проблема есть.  В экзоскелете из статьи не видно, что она решена.

Я об этом и говорил. Раз такие решения до сих пор не используют массово, значит там есть серьёзные препятствия. Может в будущем их и удастся преодолеть. А пока ни у кого не получается.

А вот для голеностопного сустава конструкция с упругим элементом.

А вот это действительно интересно. Нечто подобное теоретически могло бы применяться и в экзоскелетах. Такая конструкция мне ещё не попадалась. Поищу по ней материалы. Спасибо.

Вот ещё что-то наше, весьма оригинальное)

Это уже слишком оригинальное. :) Может для стоячей работы такая конструкция и пригодна, а вот ходить в ней уже не очень.

Раз такие решения до сих пор не используют массово, значит там есть серьёзные препятствия.

До сих пор никакие решения не используются массово. Никакие.