Egzoszkielety, które nam głównie mogą się kojarzyć z fantastyką naukową już nią nie są. Obecnie badania prowadzone nad tego typem szkieletów mających wzmacniać siłę żołnierzy są na tyle zaawansowanym poziomie, że możliwe jest wprowadzenie ich do służby wojskowej. Początkowo będą to proste szkielety pomagające nosić ciężkie plecaki czy przedmioty, ale z czasem (albo i wkrótce) na polach bitew będziemy mogli oglądać pojedynki żołnierzy odzianych w pancerze niczym Iron Man powypchanych zabójczymi broniami. Ale zanim to nastąpiło pierwsze takie skafandry wymagały zewnętrznego źródła zasilania i były nieporęczne, dopiero rozwój technologii umożliwił zmianę tej kłopotliwej dla konstruktorów sytuacji.
Czym jest egzoszkielet?
Najlepszą i najtrafniejszą definicją tego czym jest egzoszkielet oddaje jeden z akapitów zamieszczonego w bibliografii artykułu autorstwa Jerzego Garstki: ?Egzoszkielet to konstrukcja mechaniczno-elektryczna zakładana na tułów żołnierza i mocowana do określonych miejsc ciała, pozwalająca wzmocnić sztucznie jego siłę oraz wytrzymałość na trudy podczas długiego marszu z obciążeniem, a także podnosić oraz przenosić ciężkie przedmioty.?
Krótka historia
Już w latach 60. XX wieku armia amerykańska opracowała pierwsze koncepcje egzoszkieletów przeznaczonych dla użytku żołnierzy, ale z różnych powodów prace te nie wyszły poza ramy teorii. Najważniejszą barierą była technologia, która w tamtych czasach nie była odpowiednia do budowy tego typu przedmiotów. Dopiero miniaturyzacja mikroprocesorów i stworzenie sensorów bioelektrycznych reagujących na impulsy mięśniowe umożliwiło skonstruowanie takich urządzeń.
W 2000 roku DARPA (Defense Advenced Research Projetcs Agency) rozpoczęła program nazywający się ?Exoskeletons of Human Perfomance Augmentation?, który miał umożliwić żołnierzom oprócz noszenia ciężkich przedmiotów, ewakuację do dwóch rannych i skoki na duże wysokości.
Typy egzoszkieletów
Egzoszkielety obecnie występują w kilku odmianach. Dotychczas przetestowano trzy typy egzoszkieletów, które mogą zostać wykorzystane na polu walki:
Źródło: http://laniusbucephalus.blog49.fc2.com/blog-entry-132.html
? BLEEX (Berkeley Lower Extremity EXoskeleton) ? stworzony w 2004 r. na Wydziale Inżynierii Mechanicznej Uniwersytetu Kalifornijskiego w Laboratorium Robotyki i Inżynierii Ludzkiej w Berkeley. Egzoszkielet składa się z 40 części w tym: siłowników hydraulicznych i czujników. Jego celem jest odciążenie biodra i kończyn dolnych, co odbywa się za pomocą komputera, który analizuje ruchy ciała, napięcie mięśni i ciężar, a następnie równomiernie rozkłada ciężar. Dzięki temu można za jego pomocą nosić ciężary do 80 kg. Człowiek jest integralną częścią pancerza.
Źródło: http://www.neatorama.com/2010/09/27/sarcos-xos-2-exoskeleton/
? XOS1 i XOS2 ? opracowany według tego samego programu co BLEEX przez zespół Stephena Jacobsena współpracując z jego firmą Sarcoz z Salt Lake City. Pierwszy model został stworzony w 2002 r. Warto wspomnieć, iż w modelu tym podnoszenie przedmiotu o masie 6 kg kosztuje człowiek wysiłek taki jak przy jednym kilogramie. Powstały dwie wersje egzoszkieletu: XOS1 z masą własną 68 kg, co pozwala na podnoszenie ciężarów do 90 kg. Skonstruowany jest on z 30 siłowników, koordynowanych przez ?inteligentne? urządzenie płynnie monitorujące zachowanie się ciała. XOS1 działa od 30 do 45 minut.
Na bazie doświadczeń XOS1 powstał ulepszony model XOS2, w którym zdecydowaną poprawę zanotowano w wskaźniku wysiłkowym żołnierza 17:1, co podnoszenie przedmiotu o masie 95 kg kosztuje tyle wysiłku ile 5,5 kg,
Źródło: http://www.strangefarmer.com/content/item/180262.html
? HULC (Human Universal Load Carrier) ? opracowany w 2008 roku przez inżynierów z Berkeley Bionics, Laboratorium Robotyki, Inżynierii Ludzkiej Wydziału Inżynierii Mechanicznej Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Od 2009 roku jest rozwijany przez Lockheed Martin, który jest właścicielem licencji. Model ten jest testowany na potrzeby US Armii we współpracy z NSR-DEC (Natick Solder Research Development and Enqineering Center).
Po raz pierwszy został zaprezentowany na DSEi w Londynie 2009 roku. Składa się z siłowników hydraulicznych oraz komputera zabezpieczonego przed wpływem otoczenia i nie wymagającego dodatkowego chłodzenia. Egzoszkielet umożliwia przenoszenie 90 kg ekwipunku, przy prędkości od 4 km/h na dystansie do 20 km, a w biegu do 7 km/h. Zaprezentowany prototyp ważył 24 kg.
W 2011 r. testowano funkcjonalność tego sprzętu, a rok później poddano go testom w Afganistanie. Głównym elementem konstrukcyjnym są tytanowe nogi wspomagające pracę mięśni i kości, dublując ich siłę. Dzięki wykorzystaniu sensorów egzoszkielet może wykonywać takie same ruchy co człowiek. Mocowany on jest za pomocą szelek opasujących ramiona i taśmy na udach i talię. Do przenoszenia przedmiotów może zostać użyty moduł LAD (Lift Assist Device), który jest mocowany do pleców stelaża, a ponad ramionami zamocowane są wysięgniki z wymiennymi końcówkami. Moduł ten umożliwia podnoszenie przedmiotów do 70 kg. Mogą go stosować żołnierze od 1,63 do 1,88 metrów wzrostu, natomiast masa własna to 37,2 kg z sześcioma bateriami BB 2590, które wystarczają na 4,5 do 5 godzin pracy (w promieniu 20 km), ale przewiduje się zastąpienie ich przez ogniwa paliwowe firmy Protonex o długotrwałości działania do 72 godzin. HULC występuje w trzech typach: szturmowym (dodatkowa tarcza balistyczna o wadze 43 kg), logistyczną (ładunek 70 kg) i bazową (patrolowa).
TALOS
Źródło: http://knightvision.farmington.k12.mo.us/knightlife2/?p=1612
Kilka lat temu Dowództwo Sił Specjalnych Stanów Zjednoczonych w skrócie SOCCOM zainicjowało trwający do dziś program budowy pancerza wspomaganego dla operatorów sił specjalnych zwanego jako TALOS. Jest to skrót od nazwy Tactical Assault Light Operator Suit, który stanowi połączenie egzoszkeletu, systemu łączności i ?ciekłego pancerza?. Dodatkowo zbroja będzie monitorować stan żołnierza i ewentualnie alarmować w przypadku wystąpienia kłopotów. Jest to o tyle interesujące, że ma zapewniać ochronę w niebezpiecznych warunkach, chronić przed pociskami broni poczynając od pistoletów do karabinów maszynowych (przynajmniej tych lekkich za pomocą pancerza wykonanego ze specjalnego ?ciekłego? materiału, który ma błyskawicznie twardnieć w przypadku wystąpienia pola magnetycznego lub prądu elektrycznego by zapewnić maksymalną ochronę przeciwko pociskom.
Możliwości i zastosowania
Egzoskielety posiadają szerokie możliwości zastosowania poczynając od zastosowań czysto cywilnych podczas akcji ratunkowych aż do prowadzenia walki. Oprócz zmniejszenia obciążenia na kręgosłup, a tym samym zapobieżeniu chorobom kręgosłupa egzoszkielety mogą służyć ludziom niepełnosprawnych w poruszaniu się i wykonywaniu innych czynności, które nie były wcześniej dla nich dostępne. Dobrym przykładem jest dzieło japońskich inżynierów: egzoszkielet HAL. Jest on przeznaczony właśnie dla osób niepełnosprawnych chociaż kosztuje on maksymalnie (w zależności od wersji) do 19 000 USD.
Ograniczenia
Egzoszkielety oprócz zalet posiadają (niestety) pomimo wszystko wady. Oprócz kapryśnej elektroniki drugim największym ich problemem jest ich zasilanie. Pomimo podejmowanych prób mających większych przydatność akumulatorów litowo-polimerowych w tym sektorze prace takie nie spełniają wszystkich stawianych przed nimi wymogów. Prawdopodobnie dopiero wprowadzenie do użycia zaawansowanych ogniw paliwowych może pozwolić w sporej części rozwiązać ten poważny problem.
Bibilografia:
1) Garstka J., Egzoszkielety dla spieszonych żołnierzy [w:] „Armia”, nr 2, 2014, s. 34-40. 2) Henski P., Nieprzerwana obserwacja [w:] „Polska Zbrojna”, nr 9, 2014, s. 30-33.
