Студент ИТМО разработал активный экзоскелет, в котором можно без труда поднять до 80 килограммов

— Расскажи, пожалуйста, как вообще появилась идея создать экзоскелет.

— Еще с восьмого класса я увлекался робототехникой — сам сделал радиоуправляемый танк. А потом захотел сконструировать что-то более сложное и решил попробовать сделать экзоскелет. Начал смотреть ролики на YouTube, сделал макет из бумаги. Мне помогал дедушка — с ним мы в гараже сварили первый каркас из проволоки. Вручную делали каждую деталь, замеряли, ставили метки маркером, потом приваривали. И так, постепенно, собирался первый «Франкенштейн». У того костюма везде были сварочные швы, так что смотрелся он жутковато. К тому же экзоскелету не хватало жесткости, так как он был сделан из вязальной проволоки. Когда я его разобрал, то увидел, что спина из-за нагрузок выгнулась.

Я учел эти ошибки при разработке второго костюма — усилил каркас, добавил новые точки подвижности. Всего с дедушкой мы сделали два варианта, я конструировал как пассивные, так и активные экзоскелеты. Сейчас я разрабатываю уже пятый активный костюм.

— А что представляют собой активные и пассивные экзоскелеты? Чем они отличаются?

— Активный экзоскелет совершает какую-то работу, он оснащен дополнительным источником энергии, за счет которого костюм и помогает человеку. Такие костюмы есть, например, в армии и на промышленном производстве. А пассивный костюм разгружает и лишь частично переносит вес, который берет на себя человек.

У существующих активных экзокостюмов есть проблема — они очень малоподвижны. Человек не может, например, бегать в промышленном костюме, он даже ходит в нем с трудом, поскольку конструкция очень массивная.

— Какой первый груз ты поднял, когда сконструировал свой экзоскелет? Какие были ощущения?

— Это был свинцовый аккумулятор для машины, он весил около 15–20 килограммов. Тяжесть, конечно, немного ощущалась, но основную нагрузку костюм брал на себя. Вообще, в экзоскелете чувствуешь себя примерно так же, как когда ты ведешь машину. Например, если какая-то гайка не закручена, ты тут же это ощутишь.

— В ИТМО ты поступал с этим проектом? Или только потом рассказал, что у тебя есть свой экзоскелет в шкафу?

— Еще учась в школе, я участвовал в Балтийском научно-инженерном конкурсе, Geek Picnic, учился в Академии цифровых технологий. Когда пришло время поступления в вуз, я выбирал между ИТМО и Политехом. В ИТМО проект заметили и пригласили меня, в итоге это и определило мой выбор.

— Каким был костюм тогда и что он представляет собой сейчас?

— У второго варианта экзокостюма было два главных недостатка — большой вес и малая подвижность в тазовой части. Поэтому я начал проектировать новый вариант, освоил 3D-моделирование.

У следующего прототипа уже можно было менять размер, подгонять его под определенного человека, были добавлены дополнительные оси вращения в спине, тазовой части, плечах. Костюм уже не сковывал человека, но по-прежнему был тяжелым из-за использования стального каркаса.

Третий вариант весил под 100 килограммов. А тот, что я разрабатываю сейчас, в собранном состоянии будет весить 40―45 килограммов. За счет уменьшения габаритов и использования композитов мне удалось снизить вес почти наполовину.

— Из чего сейчас состоит конструкция?

— Корпус сделан из углепластика, пневмопоршни — из стали и алюминия, подшипники — из закаленной стали. Держатели и закрывающие элементы выполнены из латуни, АБС-пластика и стеклопластика.

— Какие планы по дальнейшей модификации?

— Новая версия будет более эргономичной и технологичной. Раньше все формы печатались на 3D-принтере, затем сверху вручную наматывался углепластик и все это обрабатывалось бурмашиной. Новую модель мы планируем сделать с помощью литья. Создадим силиконовую форму, а в нее зальем двухкомпонентный пластик, армированный углеволокном.

— Расскажи подробнее, как работает костюм. Что ощущаешь, поднимая, например, 20-литровую канистру с водой?

— Когда человек поднимает руку или ногу, то срабатывают резистивные датчики давления, расположенные в определенных местах. Именно по ним вычисляется скорость и направление движения привода. Костюм не оказывает никакого сопротивления, он двигает приводы в ту же сторону, откуда идет сигнал от датчиков. Сигнал обрабатывается и открывает-закрывает клапаны, идущие к приводам экзокостюма. Затем, когда человек берет груз, изменяется вектор движения. Соответственно, костюм это «понимает» и старается компенсировать прикладываемое усилие. Когда в руке груз, то человек будет ощущать его, но при этом мышцы не будут напрягаться.

— Кто сможет носить костюм?

— Новая модель подойдет людям с ростом от 170 до 190 см.

— А где еще можно использовать разработку, помимо промышленности и армии?

— Еще одна сфера использования — МЧС. Этот костюм довольно подвижный, для заводских нужд такие характеристики не нужны, на производстве достаточно просто уметь поднимать грузы и быть достаточно мобильными.

А вот для сотрудников МЧС костюм будет хорошим подспорьем. Например, та же тяжелая техника не может проехать в разрушенное здание, пока спасатели не разберут завалы. Кроме того, костюм сам по себе будет служить защитой от падающих обломков или, допустим, высокой температуры, если сделать его огнеупорным.

В МЧС знают о нашей разработке — они предлагали протестировать экзоскелет на испытательном полигоне.

— Сколько человек сейчас входит в команду разработчиков? Кто и чем занимается?

Наша команда состоит из шести человек: каждый выполняет свою роль. Есть исполнители, генераторы идей и люди, которые эти идеи описывают и публикуют.

В перспективе мы планируем подать заявки на несколько грантов. Также в этом году хотим поучаствовать с проектом в Акселераторе ИТМО, а к лету выйти на мелкосерийное производство пассивных походных костюмов. Кроме того, у нас есть заказ разработать экзокостюм для страйкбола.

— А зачем в страйкболе такие разработки?

— Я сам удивился, когда ко мне обратились организации, занимающиеся поставкой снаряжения для страйкбола. Костюм может выполнять роль «танка», который не боится пуль. Это своего рода имитация прорыва периметра. Использование экзокостюма по сути позволит изменить саму концепции игры, которая строится на одном попадании.

— Рассматривал ли ты вариант сконструировать экзоскелет для людей с ограниченными возможностями?

— У меня нет таких планов. Существующие медицинские костюмы довольно хороши, их основная проблема — дороговизна. Поэтому разработчикам просто нужно найти способ удешевить их.