5.4 Робопротезы

Гибкая жесткость механической руки

Одна из проблем техники, которую постоянно решают инженеры, - это создание прочной, но легкой (или гибкой) технической системы. И в решении этой проблемы инженеры постоянно ищут все новые способы ее решения.

Разработчики из института робототехники и мехатроники Германского аэрокосмического центра (German Aerospace Center) по-своему решили проблему создания подвижной механической руки и, соответственно, ее пальцев. Они хотели создать механическую руку, которая будет иметь такие же параметры гибкости и ловкости, как человеческая рука.

Разработчики создали руку DLR, которая может независимо пошевелить пальцами и тонко манипулировать объектами. Но в тоже время эта механическая рука может выдержать солидный удар по пальцам, например, удар молотком или бейсбольной битой. Причем, рука может создать силу до 30 Н на кончиках своих пальцев и таким образом эта рука – одна из самых сильных механических рук, когда-нибудь спроектированных человеком.

Механическая кисть имеет 19 степеней свободы, которые обеспечиваются 38-ю полимерными нитями-сухожилиями. Кстати, отметим, что кисть человека имеет примерно столько же – 20 степеней свободы.

Нити изготовлены из высокоэластичного синтетического волокна, которое называется Dyneema. Каждое сухожилие через определенный механизм подключено к индивидуальным двигателям, которые размещены в предплечье. А двигатели могут натягивать и расслаблять нить, тем самым, меняя жесткость и гибкость пальцев руки, и позволяя им поглощать сильные динамические внешние воздействия. Когда пара нитей-сухожилий двигаются согласованно в нужном направлении - палец приходит в движение. Когда они двигаются в противоположном направлении - палец увеличивает жесткость.

Так, новая рука может поймать шар, брошенный с расстояния в несколько метров. А механизмы управления рукой, в таком случае, позволят поглотить кинетическую энергию шара без серьезных повреждений руки.

Чтобы управлять рукой, разработчики используют специальные перчатки с датчиками или просто посылают управляющие команды на механизм управления рукой. Причем рука обладает обратной связью, мягкость предмета можно оценить по степени удлинения/сокращения нитей.

Инженеры сейчас проектируют туловище с двумя руками, которое они назвали DLR Hand Arm System и планируют изучать технику стратегии одновременной манипуляции двумя руками. А руководители проекта надеются использовать свои устройства для обслуживающих роботов, в т.ч. и для медицинских роботов.

Медицинские роботы "HAL"

Роботы HAL корпорации Cyberdyne Японии HAL-9000 Exoskeleton (т.е. специальный робот-костюм, одеваемый человеком) позволяет совершать невозможное немощному человеку с нарушением опорно-двигательного аппарата.

Человек, помещенный в этот костюм, снова может ходить и выполнять обычную привычную работу. И хотя сам костюм весит около 40 килограмм, эта нагрузка никак не ложится на пациента. Так как HAL несет и свой вес, и полностью вес своего подопечного, держа его под руки, под ноги и т.д.

По слухам, в этом костюме один пенсионер даже совершил восхождение в горы, воплотив в жизнь свою мечту. Показав на примере возможности робота и свою веру в жизнь.

К роботу прилагается специальный набор сенсоров, считывающих нейро-электрические импульсы и управляющих ногами. Так одетый в костюм пенсионер может обогнать вас по дороге на работу со скоростью 4 км/час.

«Экзоскелет» HAL не продается. Такова политика ее производителей, которые выпускают всего около 500 моделей в год. HAL можно взять в аренду от 1 тыс. долларов в месяц.

Кому он может быть полезен?

Прежде всего, робот поможет вернуть полноценную жизнь частично парализованным людям и пригодится любым категориям граждан, нуждающихся в облегчении своих повседневных трудовых подвигов.