Un demi-siècle après le début des travaux dans le domaine des exosquelettes, les premiers échantillons de cet équipement sont prêts à être mis au travail à part entière. Lockheed Martin s'est récemment vanté que son projet HULC (Human Universal Load Carrier) n'avait pas seulement été testé sur le terrain avec le Pentagone, mais qu'il était prêt pour la production en série. L'exosquelette HULC est désormais « respiré dans le dos » par plusieurs projets similaires d'autres sociétés. Mais une telle abondance de dessins n'a pas toujours été.
En fait, l'idée de créer tout appareil pouvant être porté par une personne et améliorer considérablement ses qualités physiques est apparue dans la première moitié du siècle dernier. Cependant, jusqu'à un certain temps, ce n'était qu'une autre notion d'écrivains de science-fiction. Le développement d'un système applicable dans la pratique n'a commencé qu'à la toute fin des années cinquante. General Electric, sous les auspices de l'armée américaine, a lancé un projet appelé Hardiman. La tâche technique était audacieuse: l'exosquelette de GE était censé permettre à une personne d'opérer avec des charges pesant jusqu'à un millier et demi de livres (environ 680 kilogrammes). Si le projet aboutissait, l'exosquelette Hardiman aurait de belles perspectives. Ainsi, l'armée avait l'intention d'utiliser les nouvelles technologies pour faciliter le travail des armuriers de l'armée de l'air. En outre, des scientifiques nucléaires, des constructeurs et des représentants de nombreuses autres industries étaient "en ligne". Mais même dix ans après le début du programme, les ingénieurs de General Electric n'ont pas réussi à traduire tout ce qui a été conçu en métal. Plusieurs prototypes ont été construits, dont un bras mécanique fonctionnel. L'énorme griffe du Hardymen était actionnée hydrauliquement et pouvait soulever 750 livres de charge (environ 340 kg). Sur la base d'un "gant" utilisable, il était possible d'en créer un second. Mais les concepteurs ont été confrontés à un autre problème. Les "jambes" mécaniques de l'exosquelette ne voulaient pas fonctionner correctement. Le prototype Hardiman avec un bras et deux pieds de support pesait moins de 750 kilogrammes, tandis que la capacité de conception maximale était inférieure à son propre poids. En raison de ce poids et des particularités du centrage de l'exosquelette, lors du levage de la charge, l'ensemble de la structure se met souvent à vibrer, ce qui conduit à plusieurs renversements. Avec une ironie amère, les auteurs du projet ont appelé ce phénomène « la danse mécanique de Saint-Guy ». Peu importe à quel point les concepteurs de General Electric se sont battus, ils n'ont pas réussi à faire face à l'alignement et aux vibrations. Au tout début des années 70, le projet Hardiman est fermé.
Au cours des années suivantes, les travaux en direction des exosquelettes sont devenus inactifs. De temps en temps, diverses organisations ont commencé à s'occuper d'eux, mais presque toujours le résultat souhaité n'a pas suivi. Dans le même temps, le but de la création d'un exosquelette n'était pas toujours son utilisation militaire. Dans les années 70, les employés du Massachusetts Institute of Technology, sans grand succès, ont développé des équipements de cette classe, conçus pour la rééducation des personnes handicapées atteintes de lésions du système musculo-squelettique. Malheureusement, à cette époque, les ingénieurs ont également empêché la synchronisation des différentes parties de la combinaison. Il convient de noter que les exosquelettes ont un certain nombre de caractéristiques qui ne facilitent pas un peu leur création. Ainsi, une amélioration significative des capacités physiques de l'opérateur humain nécessite une source d'énergie appropriée. Ce dernier, à son tour, augmente les dimensions et le poids mort de l'ensemble de l'appareil. Le deuxième hic réside dans l'interaction de la personne et de l'exosquelette. Le principe de fonctionnement d'un tel équipement est le suivant: une personne effectue n'importe quel mouvement avec son bras ou sa jambe. Des capteurs spéciaux associés à ses membres reçoivent ce signal et transmettent la commande appropriée aux éléments d'actionnement - mécanismes hydrauliques ou électriques. Simultanément à l'émission de commandes, ces mêmes capteurs assurent que le mouvement des manipulateurs correspond aux mouvements de l'opérateur. En plus de synchroniser les amplitudes des mouvements, les ingénieurs sont confrontés à la question du timing. Le fait est que tout mécanicien a un certain temps de réaction. Par conséquent, il devrait être minimisé dans le but de faciliter l'utilisation de l'exosquelette. Dans le cas des petits exosquelettes compacts, qui sont maintenant mis en avant, la synchronisation des mouvements humains et machines a une priorité particulière. Étant donné que l'exosquelette compact ne permet pas d'augmenter la surface d'appui, etc., les mécaniciens qui n'ont pas le temps de se déplacer avec la personne peuvent nuire à l'utilisation. Par exemple, un mouvement intempestif d'une "jambe" mécanique peut conduire au fait qu'une personne perd simplement l'équilibre et tombe. Et c'est loin de tous les problèmes. Évidemment, la jambe humaine a moins de degrés de liberté que la main, sans parler de la main et des doigts.
La nouvelle histoire des exosquelettes militaires a commencé en 2000. Puis l'agence américaine DARPA a initié le démarrage du programme EHPA (Exoskeletons for Human Performance Augmentation - Exoskeletons for augmentant la performance humaine). Le programme EHPA faisait partie d'un projet plus vaste Land Warrior visant à créer le look du soldat du futur. Cependant, en 2007, le Land Warrior a été annulé, mais sa partie exosquelette a été poursuivie. L'objectif du projet EHPA était de créer le soi-disant. un exosquelette complet, qui comprenait des amplificateurs pour les bras et les jambes humains. Dans le même temps, aucune arme ni réservation n'était requise. Les responsables de la DARPA et du Pentagone étaient bien conscients que l'état actuel des choses dans le domaine des exosquelettes ne permet tout simplement pas de les doter de fonctions supplémentaires. Ainsi, le cahier des charges du programme EHPA n'implique que la possibilité d'un portage à long terme par un soldat dans un exosquelette d'une charge pesant environ 100 kilogrammes et une augmentation de sa vitesse de déplacement.
Sacros et l'Université de Berkeley (USA), ainsi que le japonais Cyberdyne Systems, ont exprimé leur volonté de participer au développement de nouvelles technologies. Douze ans se sont écoulés depuis le début du programme, et pendant ce temps la composition des participants a subi quelques changements. Sacros fait désormais partie du groupe Raytheon, et un département de l'université appelé Berkeley Bionics est devenu une division de Lockheed Martin. D'une manière ou d'une autre, il existe désormais trois prototypes d'exosquelettes créés dans le cadre du programme EHPA: Lockheed Martin HULC, Cyberdyne HAL et Raytheon XOS.
Le premier des exosquelettes répertoriés - HULC - ne répond pas pleinement aux exigences de la DARPA. Le fait est que la construction de 25 kilogrammes ne contient qu'un système de soutien du dos et des "jambes" mécaniques. Le support manuel n'est pas implémenté dans HULC. Dans le même temps, les capacités physiques de l'opérateur HULC sont augmentées du fait que, grâce au système de support dorsal, la majeure partie de la charge sur les bras est transférée aux éléments de force de l'exosquelette et finalement "va" dans le sol. Grâce au système appliqué, un soldat peut transporter jusqu'à 90 kilogrammes de cargaison et en même temps subir une charge conforme à toutes les normes de l'armée. Le HULC est alimenté par une batterie lithium-ion qui dure jusqu'à huit heures. En mode économique, une personne dans un exosquelette peut marcher à une vitesse de 4 à 5 kilomètres par heure. La vitesse maximale possible du HULC est de 17-18 km / h, mais ce mode de fonctionnement du système réduit considérablement le temps de fonctionnement à partir d'une charge de batterie. À l'avenir, Lockheed Martin promet d'équiper HULC de piles à combustible, dont la capacité sera suffisante pour une journée de fonctionnement. De plus, dans les versions ultérieures, les concepteurs promettent des mains "robotiques", ce qui augmentera considérablement les capacités de l'utilisateur de l'exosquelette.
Raytheon a jusqu'à présent présenté deux exosquelettes quelque peu similaires avec les indices XOS-1 et XOS-2. Ils diffèrent par les paramètres de poids et de taille et, par conséquent, par un certain nombre de caractéristiques pratiques. Contrairement au HULC, la famille XOS est équipée d'un système de soulagement des mains. Ces deux exosquelettes peuvent soulever environ 80 à 90 kilogrammes de leur propre poids. Il est à noter que la conception des deux XOS vous permet d'installer divers manipulateurs sur des bras mécaniques. Il convient de noter que XOS-1 et XOS-2 ont une consommation électrique importante jusqu'à présent. De ce fait, ils ne sont pas encore autonomes et nécessitent une alimentation externe. Par conséquent, la vitesse de déplacement maximale et la durée de vie de la batterie sont hors de question. Mais, selon Raytheon, le besoin d'alimentation par câble ne sera pas un obstacle à l'utilisation de XOS dans les entrepôts ou les bases militaires où il existe une source d'électricité appropriée.
Le troisième échantillon du programme EHPA est Cyberdyne HAL. Aujourd'hui, la version HAL-5 est d'actualité. Cet exosquelette est en quelque sorte un mélange des deux premiers. Comme le HULC, il peut être utilisé indépendamment - les piles durent de 2,5 à 3 heures. Avec la famille XOS, le développement de Cyberdyne Systems est uni par la « complétude » de la conception: il comprend des systèmes de soutien pour les bras et les jambes. Cependant, la capacité de charge du HAL-5 ne dépasse pas quelques dizaines de kilogrammes. La situation est similaire avec les qualités de vitesse de ce développement. Le fait est que les concepteurs japonais se sont concentrés non pas sur l'utilisation militaire, mais sur la réadaptation des personnes handicapées. De toute évidence, ces utilisateurs n'ont tout simplement pas besoin d'une vitesse élevée ou d'une capacité de charge. En conséquence, si l'armée s'intéresse à HAL-5 dans son état actuel, il sera possible de fabriquer sur sa base un nouvel exosquelette, affûté pour un usage militaire.
De toutes les options d'exosquelettes prometteurs soumises au concours EHPA, seul HULC a jusqu'à présent atteint les tests en collaboration avec l'armée. Un certain nombre de caractéristiques d'autres projets ne permettent toujours pas de démarrer leurs essais sur le terrain. En septembre, plusieurs kits HULC seront envoyés en pièces détachées pour étudier les caractéristiques de l'exosquelette en conditions réelles. Si tout se passe bien, la production à grande échelle débutera en 2014-15.
En attendant, les scientifiques et les designers auront de meilleurs concepts et designs. L'innovation la plus attendue dans le domaine des exosquelettes est le gant robotique. Les manipulateurs existants ne sont pas encore très pratiques pour utiliser des outils et objets similaires destinés à un usage manuel. De plus, la création de tels gants est associée à un certain nombre de difficultés. En général, ils sont similaires à ceux des autres ensembles d'exosquelette, mais dans ce cas, les problèmes de synchronisation sont aggravés par un grand nombre d'éléments mécaniques, des caractéristiques du mouvement de la main humaine, etc. La prochaine étape dans le développement des exosquelettes sera la création d'une interface neuroélectronique. Désormais, le mouvement de la mécanique est contrôlé par des capteurs et des servomoteurs. L'utilisation d'un système de contrôle avec des électrodes qui suppriment les impulsions nerveuses humaines est plus pratique pour les ingénieurs et les scientifiques. Entre autres choses, un tel système réduira le temps de réaction des mécanismes et, par conséquent, augmentera l'efficacité de l'ensemble de l'exosquelette.
En ce qui concerne l'application pratique, au cours du dernier demi-siècle, les opinions à son sujet n'ont guère changé. Les militaires sont toujours considérés comme les principaux utilisateurs de systèmes prometteurs. Ils peuvent utiliser des exosquelettes pour les opérations de chargement et de déchargement, la préparation de munitions, et en plus, en situation de combat, pour renforcer les capacités des combattants. Il convient de noter que la capacité de charge des exosquelettes sera utile non seulement pour les militaires. L'utilisation généralisée de la technologie qui permet à une personne d'augmenter considérablement ses capacités physiques peut changer le visage de toute la logistique et du transport de marchandises. Par exemple, le temps de chargement d'une semi-remorque cargo en l'absence de chariots élévateurs diminuera de plusieurs dizaines de pour cent, ce qui augmentera l'efficacité de l'ensemble du système de transport. Enfin, les exosquelettes contrôlés par les nerfs aideront les personnes handicapées à vivre à nouveau une vie bien remplie. De plus, de grands espoirs sont mis sur l'interface neuroélectronique: en cas de traumatismes rachidiens, etc. Dans les blessures, les signaux du cerveau peuvent ne pas atteindre une zone spécifique du corps. Si nous les «interceptons» dans la zone endommagée du nerf et les envoyons au système de contrôle de l'exosquelette, la personne ne sera plus confinée dans un fauteuil roulant ou un lit. Ainsi, les développements militaires peuvent une fois de plus améliorer la vie des militaires. Pour l'instant, faisant de grands projets, il ne faut pas oublier l'opération d'essai de l'exosquelette Lockheed Martin HULC, qui ne débutera qu'à l'automne. Sur la base de ses résultats, il sera possible de juger à la fois des perspectives de l'ensemble de la filière et de l'intérêt que lui portent les utilisateurs potentiels.
