Скелет спешит на помощь

Железный «Франкенштейн»

Идеи — почти как люди. Появившись из маленького зародыша мысли, идея начинает всеми силами цепляться за действительность, расти и крепнуть, чтобы однажды из неосязаемой формы превратиться в свое физическое воплощение — проект. Как это бывает и с человеческим организмом, требуются годы, чтобы младенец стал сначала ребенком, а затем вырос до взрослого.

Так получилось и с изобретением Алексея. Первый механический костюм он собрал еще учась в школе, а задумка родилась после впечатлений от роликов на YouTube. С тех пор удивительная конструкция претерпела множество изменений. С каждой новой версией прототип экзоскелета становился все совершеннее, избавляясь от ненужных деталей и инженерных ошибок. Путь к нынешнему воплощению детской идеи начался с увлечения робототехникой в восьмом классе и конструированием радиоуправляемого танка.

— После танка мне захотелось сконструировать что-то более сложное и я решил попробовать сделать экзоскелет, — рассказывает Алексей. — Мне помогал дедушка. Мы с ним в гараже смастерили первый каркас из вязальной проволоки. Вручную делали каждую деталь, замеряли, ставили метки маркером, потом приваривали. Так постепенно у нас вышел первый «франкенштейн». У него везде были сварочные швы, смотрелся он жутковато. К тому же экзоскелету не хватало жесткости, он выгибался от нагрузок. Я учел эти ошибки при разработке второго костюма — усилил каркас, добавил новые точки подвижности. Сейчас я разрабатываю уже пятый костюм.

Экзокостюмы делятся на два типа: пассивные и активные. Пассивные перераспределяют вес человека, используя лишь физические законы. У активного костюма есть дополнительный источник энергии, за счет которого костюм «помогает» человеку. Сейчас полностью активные костюмы работают только в промышленности. В вооруженных силах применяются костюмы смешанного типа, с активными приводами в нижних конечностях. Пока они существуют только на стадии прототипов. Главная проблема современных активных костюмов — малая подвижность.

Первым грузом, который поднял молодой изобретатель в своем первом экзоскелете, был свинцовый аккумулятор от автомобиля весом около 20 килограммов. Опыт удался — конструкция осталась целой, ни одна деталь не отвалилась, но тяжесть от предмета ощущалась, так как на руках не хватало приводов. Тем не менее, основную нагрузку экзоскелет успешно взял на себя!

— У первых моих прототипов было два главных недостатка — большой вес и малая подвижность. Например, третья модель весила 100 килограммов, — продолжает Алексей. — Поэтому я освоил 3D-моделирование и стал проектировать костюм, у которого уже можно было менять размер под рост оператора, добавил дополнительные точки подвижности, чтобы экзоскелет не сковывал движения. Тот костюм, который я разрабатываю сейчас, в собранном состоянии будет весить не более 45 килограммов. Он будет изготовлен с использованием композиционных материалов с армированием углеволокном. Пользоваться этой версией экзокостюма сможет любой человек ростом от 170 до 190 сантиметров.

Атмосферы на подхвате

Работа экзоскелета Алексея Ледюкова основана на пневматике. В баллон закачивается воздух, который под давлением превращается в энергию. У данного принципа есть преимущества перед электрической схемой питания. Во-первых, закаченный в пневмоцилиндры воздух создает постоянное усилие без траты энергии. Во-вторых, работать с пневматикой проще и дешевле — практически на любом предприятии можно найти систему закачки воздуха или взять баллон с собой, тем самым обеспечив автономность от 40 минут до четырех часов — в зависимости от нагрузки при выполнении работ. Электрический костюм стоит около десяти миллионов рублей. Пневматический экзоскелет Ледюкова — примерно полтора миллиона.

— Когда человек двигает рукой или ногой, срабатывают датчики давления, стоящие на сгибах, — объясняет Алексей. — Блок управления экзоскелета определяет скорость и направление движения, которое задает оператор. Костюм двигает приводы в ту же сторону, открывая или закрывая клапаны, подающие воздух под давлением. Когда человек берет груз, костюм «фиксирует» усилие груза и компенсирует его. Человек будет ощущать вес, но его мышцы не будут напрягаться. Что касается дальнейшего усовершенствования, то еще предстоит поработать над «начинкой» скелета и внешним видом — он должен быть наиболее приближен к анатомическому. Поработаем и над грузоподъемностью.

Впервые перед широкой аудиторией экзоскелет «засветился» нынешней осенью на московском фестивале «Техносреда» на ВДНХ. Затем, уже в родном городе, во время показа костюма перед журналистами, оператору удалось поднять груз весом 80 килограммов, а также достаточно свободно подняться и спуститься по лестнице и даже совершить небольшую пробежку — экзоскелет, как смогли воочию убедиться присутствующие, совершенно не сковывает движения. А перспективной разработкой молодого петербуржца сразу заинтересовались игроки в страйкбол и сотрудники МЧС.

Для дела и игры

— Один из организаторов игр в страйкбол уже разместил заказ, предложив интегрировать мою разработку в их сражения: приделать к экзоскелету третью руку со щитом, сделав из костюма «танк», не боящийся пуль, чтобы имитировать ситуацию с прорывом периметра. Это будет пассивный вариант костюма, — уточняет Алексей. — За эти годы я понял, что для полноценной работы нужна команда. Сейчас наше объединение, где каждый выполняет свою роль, состоит из шести человек. Это исполнители, генераторы идей и люди, которые эти идеи описывают и публикуют. В перспективе мы планируем подать заявки на несколько грантов, а к лету 2022 года выйти на мелкосерийное производство пассивных походных костюмов.

Хорошим подспорьем станет костюм и для сотрудников МЧС. Они тоже обратили внимание на разработку Алексея Ледюкова и предложили провести испытания экзоскелета на своем полигоне. Идеальное применение изобретение талантливого робототехника найдет при разборке завалов зданий, расчищая железными руками дорогу для тяжелой техники. Внешний каркас также поможет защитить оператора-спасателя от падающих обломков и высокой температуры, если материал экзоскелета сделать огнеупорным.

Увидеть свое детище на службе в рядах МЧС — одно из главных желаний Алексея Ледюкова. Пока же молодой инженер, по его словам, вместе со своим научным руководителем с головой погружен в работу над новым проектом, детали которого пока остаются закрытыми.