La tecnologia dell'esoscheletro di Bionic Humans ridefinisce i limiti

Nel Edge of Tomorrow, un film di fantascienza acclamato dalla critica rilasciato quest'estate, i soldati combattono gli alieni con esoscheletri alimentati che ne aumentano la forza, la velocità e l'agilità. Sul grande schermo, accanto a esplosioni e nemici ultraterreni, le idee sembrano un'invenzione di Hollywood - ma è più vicino alla realtà di quanto tu possa pensare.

La ricerca sugli esoscheletri è in corso da oltre un secolo, portando a numerosi prototipi vitali. Sorprendentemente, però, si concentrano meno sulla forza superumana e più sul miglioramento della resistenza e della qualità della vita. I ricercatori sul campo vedono il futuro 4 Tecnologie che potrebbero cambiare il mondo 4 Tecnologie che potrebbero cambiare il mondo Proprio in questo momento è un momento emozionante per essere vivi, poiché la scienza e la tecnologia fanno precipitare l'umanità a velocità incredibili. Chi avrebbe pensato dieci anni fa che avremmo avuto accesso con un solo tocco a tutti ... Leggi di più come una maratona invece di uno sprint.

Exo-Storia

Esoscheletri umani sono apparsi in storie di fantascienza dagli anni '50, ma il primo vero esoscheletro fu inventato più di mezzo secolo prima dall'inventore russo Nicholas Yagn. Nonostante il suo paese di residenza, decise di presentare un brevetto all'Ufficio Brevetti degli Stati Uniti nel 1890. Descrisse la sua invenzione come:

[...] un numero di molle adattate per sostenere il peso di tutto il corpo e immagazzinare e accumulare la potenza esercitata in tal modo, insieme alla potenza esercitata dall'impulso di tale peso morto quando è in movimento. - Nicholas Yagn, inventore

Anche il suo esoscheletro era usato “accumulatori di fluido compresso” per immagazzinare energia. Secondo Nicholas, la sua invenzione ha dato agli utenti una migliore mobilità e ridotto la fatica di correre e saltare sul corpo. Scusa, fan del punk a vapore; questa non era una macchina della morte a ingranaggi.

Il primo esoscheletro alimentato, chiamato Hardiman, fu sviluppato dalla General Electric alla fine degli anni '60. Massiccia e brutale, la tuta sembrava molto simile alle massicce tute da battaglia immaginate dagli autori di fantascienza. È stato progettato per amplificare sostanzialmente la forza di un utente, ma i suoi inventori non hanno mai completamente azzerato i controlli e i requisiti di alimentazione. Come indicato nella relazione finale del progetto:

Il problema dell'interfaccia uomo-macchina nel prototipo di Hardiman I è stato grave. L'elevato guadagno di potenza, la complessità del sistema multi-giunto e l'accoppiamento intimo tra l'uomo e la macchina hanno imposto molti vincoli di progettazione e hanno comportato pesanti richieste per la tecnologia esistente.

Il fallimento di Hardiman ha dimostrato l'estrema difficoltà di sviluppare un esoscheletro con la tecnologia di quell'epoca. Un altro tentativo non è stato fatto fino all'inizio degli anni '90, quando i ricercatori della Kawasaki iniziarono a lavorare sul Power Assist Suit, un esoscheletro progettato per aiutare i professionisti a spostare i pazienti immobili.

Un'esplosione di nuovi sviluppi si è verificata dopo la fine del secolo. La società giapponese Cyberdyne ha introdotto il concetto di esoscheletro HAL-3, Berkeley ha sviluppato un esoscheletro di corpo inferiore chiamato Bleex per aiutare i soldati a trasportare carichi pesanti su lunghe distanze, e Honda ha messo insieme un paio di esoscheletri di corpo inferiore progettati per persone parzialmente mobili che potrebbero altrimenti necessitare di un bastone o camminatore.

Accensione

Il progetto Hardiman fallito è il tipo di tuta che la maggior parte delle persone pensa quando viene detto di immaginare un esoscheletro. Molti di noi ricordano immagini di finzione, come il famoso esoscheletro pilotato da Sigourney Weaver (o meglio, lo stuntman nascosto dietro di lei) in Aliens.

Un massiccio esoscheletro può certamente stupire un pubblico, ma il suo uso pratico è limitato. Le batterie non hanno ancora la resistenza necessaria per alimentare una macchina bestiale per lunghi periodi di tempo, e un esoscheletro di grandi dimensioni non fa molto che un carrello elevatore, una gru o un altro veicolo non sia già in grado di raggiungere. I moderni esoscheletri si concentrano sul miglioramento degli esseri umani in modi pratici che possono essere utili ogni giorno in una varietà di situazioni.

Uno degli ultimi modelli è Human Human Load Carrier, o HULC, un esoscheletro militare progettato da Lockheed-Martin per migliorare notevolmente le capacità fisiche dei soldati. L'idea di base, come affermato dal responsabile del programma Jim Ni e dettagliata nel comunicato stampa di un'azienda, è di aumentare la resistenza e la resistenza riducendo al contempo il rischio di lesioni.

[HULC] consente ai soldati di fare cose che non possono fare oggi, contribuendo nel contempo a proteggerli dalle lesioni muscoloscheletriche. - Jim Ni, responsabile del programma HULC

Ciò non sembra molto diverso dai benefici che Nicholas Yagn ha rivendicato per il suo esoscheletro oltre un secolo fa, ma la tecnologia moderna significa che i ricercatori possono realizzare meglio l'idea. HULC può aiutare i saldatori a trasportare carichi fino a 200 libbre su vari terreni riducendo al minimo il rischio di lesioni che potrebbero rallentare un soldato sul campo. Le batterie alimentano l'esoscheletro, che pesa oltre cinquanta libbre, e la vita può estendersi fino a 72 ore con attrezzature speciali.

Ma Lockheed-Martin non è l'unica azienda in questo campo. Raytheon ha trascorso gli ultimi otto anni a sviluppare XOS, che spera di ricoprire lo stesso ruolo di HULC. A differenza del suo concorrente, però, l'XOS copre una parte sostanziale della parte inferiore e superiore del corpo dell'utente. I suoi inventori citano una capacità di carico massima simile di almeno 200 libbre, ma il potenziamento della forza si estende alle braccia, che possono contenere fino a cinquanta libbre con poco sforzo.

Non solo per i soldati

In Giappone, nel frattempo, Cyberdyne ha continuato lo sviluppo del suo esoscheletro HAL-5. A differenza dei suoi pari americani, questo dispositivo è costruito per uso civile piuttosto che militare. L'azienda sta studiando diversi modelli per l'uso da parte di lavoratori dell'industria, personale medico e personale specializzato in risposta alle catastrofi.

Un modello degli arti inferiori progettato per aiutare a riabilitare le persone con problemi di mobilità legati alle lesioni è stato approvato per l'uso in Europa e viene utilizzato nelle sperimentazioni cliniche. Il primo processo, completato nell'aprile di quest'anno, suggerisce che l'esoscheletro fornisce a “miglioramento altamente significativo” alla mobilità se indossato e anche, con il tempo, migliora la capacità di movimento del paziente stesso senza l'esoscheletro. Solo otto pazienti facevano parte dello studio, tuttavia, per garantire i benefici di HAL è necessario lavorare di più.

Un altro esoscheletro civile che riceve attenzione è il ReWalk, un esoscheletro inferiore del corpo che si adatta a un ruolo simile all'HAL. ReWalk utilizza motori per gambe a bassa potenza per facilitare la mobilità e offrire una batteria che dura tutto il giorno. A differenza dell'HAL, il ReWalk deve essere utilizzato con canne, ma è anche più avanti nel suo sviluppo ed è stato approvato in diversi paesi. Il ReWalk può essere utilizzato per la riabilitazione o può essere acquistato per uso personale come alternativa alla sedia a rotelle o allo scooter motorizzato.

Batterie non incluse

FORTIS, che ha appena iniziato i test quest'anno, è il nuovo esoscheletro di Lockheed-Martin. Sebbene il primo round di test sia condotto dalla Marina, questo esoscheletro, a differenza di HULC, è pensato solo per uso civile. Rafforza il corpo dell'utente, riducendo la fatica di maneggiare gli strumenti pesanti I meccanismi della Marina usano spesso per riparare le navi.

Indossando l'esoscheletro FORTIS, gli operatori possono sostenere il peso di questi strumenti pesanti per lunghi periodi di tempo con fatica ridotta. - Adam Miller, direttore di nuove iniziative, Lockheed-Martin

Mentre manca di batterie, FORTIS ha capacità impressionanti. Può aiutare gli utenti a contenere fino a 36 sterline “senza sforzo.” All'inizio potrebbe non sembrare molto, ma ricorda che i meccanici usano questi strumenti per ore ogni giorno. Qualsiasi peso sostanziale può diventare stancante dopo pochi minuti. L'esoscheletro aiuta anche a trasferire questi carichi a terra, riducendo la tensione sulla schiena e sulle gambe dell'utente.

Questo tipo di esoscheletro, se dovesse rivelarsi efficace, potrebbe essere un grande vantaggio per i lavoratori edili e industriali che devono sollevare carichi modesti ripetutamente durante il giorno. Gli infortuni sul lavoro sono ancora comuni in questi campi e, nel tempo, possono ridurre notevolmente la qualità della vita dei veterani di questi campi.

La mancanza di potenza di FORTIS riduce anche la complessità e il costo, rendendo l'idea più appetibile per l'implementazione su larga scala. Detto questo, però, FORTIS è ancora molto presto nel suo sviluppo; è stato annunciato per la prima volta solo il mese scorso. La maggior parte degli altri progetti di esoscheletro sono in sviluppo da anni e in alcuni casi da decenni, quindi questo progetto ha ancora una strada da percorrere.

Ancora umano, ma migliore

L'attenzione del moderno esoscheletro si è spostata dall'aumento della forza e della velocità al miglioramento della resistenza. In questo senso l'obiettivo non è quello di renderci molto più veloci o più forti di prima, ma piuttosto di renderci più durevoli e migliorare la qualità della nostra vita. Sebbene non sia affascinante, questo approccio ha senso; abbiamo conquistato il sollevamento di carichi pesanti con il carrello elevatore.

La ferita e l'esaurimento, tuttavia, sono nemici che dobbiamo ancora sconfiggere. Un soldato stanco e ferito rischia di rallentare la sua intera unità ed è meno capace di rispondere alle minacce, e una stima del 2013 ha rilevato che gli infortuni sul lavoro costano fino a 250 miliardi di dollari all'anno negli Stati Uniti. Ridurre la tensione e aumentare la resistenza può essere di beneficio per tutti, dalla fanteria in battaglia agli operatori sanitari che spostano i pazienti tra i letti, quindi vedremo probabilmente gli esoscheletri continuare questo nuovo approccio nel prossimo decennio. Gli esoscheletri non ci daranno forza superumana o velocità folgorante, almeno non molto presto. Ma ci aiuteranno a vivere vite più lunghe e migliori Come la tecnologia può influenzare l'evoluzione umana Come la tecnologia può influenzare l'evoluzione umana Non c'è un singolo aspetto dell'esperienza umana che non sia stato toccato dalla tecnologia, compresi i nostri stessi corpi. Leggi di più .

Immagine di credito: Lockheed-Martin, Cyberdyne

Scopri di più su: Bionic Technology.