Рюкзак с роборуками поможет космонавтам подняться после падения

Инженеры из Массачусетского технологического института разработали алгоритм для манипулятора, который помогает человеку, облаченному в сковывающий движения костюм, подняться из положения лежа. В будущем они планируют создать систему с двумя носимыми робоконечностями, которые будут крепиться на рюкзаке скафандра космонавтов. Роборуки будут помогать подняться на ноги в случае падения на поверхности Луны или Марса, а также смогут выполнять роль вспомогательных конечностей при выполнении работ, сообщает New Atlas.

Громоздкие жесткие скафандры сковывают движения космонавтов и ограничивают работу органов чувств, что приводит к негативным последствиям. К примеру, из-за ограниченного поля зрения космонавт едва видит свои ноги и может споткнуться, а невозможность слышать звуки собственных шагов ухудшает проприоцепцию, из-за чего возрастает риск падений. Так, только во время высадок на Луну в ходе программы «Аполлон» астронавты упали 27 раз и 21 раз споткнулись. Вторая часть проблемы заключается в том, что ограниченность и скованность движений в скафандре мешает космонавтам встать после падения, из-за чего им приходится затрачивать много усилий, что приводит к повышенному расходу запасов кислорода.

В преддверии будущих пилотируемых экспедиций на поверхность Луны и Марса инженеры под руководством Гарри Асады (Harry Asada) из Массачусетского технологического института ищут способ помочь упавшим космонавтам быстро и эффективно подниматься на ноги. Предложенное ими решение — экзоскелет SuperLimbs, состоящий из пары дополнительных носимых роботизированных конечностей. Обе роборуки будут крепиться к нижней части рюкзака скафандра, в котором помимо системы жизнеобеспечения также будут располагаться приводы и система управления роборуками. В случае падения система управления будет отслеживать действия космонавта и обеспечивать дополнительную опору и поддержку с помощью роборук, чтобы человек смог подняться из положения лежа или сидя, затрачивая при этом как можно меньше сил и экономно расходуя запас кислорода.

Первый прототип экзоскелета SuperLimbs создан инженерами MIT еще десять лет назад и с тех пор был адаптирован для ряда приложений, например, для помощи рабочим в сфере авиастроения и строительства. Кроме этого, существует версия носимых робоконечностей, которые выступают в роли дополнительной пары ног для снижения нагрузки во время ходьбы, превращая человека в своеобразного «кентавра».

В работе над новой версией SuperLimbs инженеры сначала попытались смоделировать, как человек встает из различных положений. Для этого с помощью нескольких добровольцев они изучили последовательность движений, которую люди применяют, чтобы встать из положения лежа на животе, на боку и на спине. Затем разработчики проследили, как изменяются эти движения, если на испытуемых надеть костюм, имитирующий скафандр. Последовательность движений оказалась схожей, но требовала больших усилий.

Основываясь на этих знаниях, инженеры разработали алгоритм для роборуки, которая помогает человеку подняться на ноги, а затем испытали его на установленном на полу манипуляторе, свободный конец которого закреплен на рюкзаке костюма. Добровольцев в костюме с подсоединенным манипулятором вновь просили лечь, после чего робот, считывая движения человека, помогал ему подняться.

Эксперименты подтвердили, что система управления успешно направляет робоманипулятор, помогая человеку подняться. По впечатлениям испытуемых, с помощью содействующей роборуки им было гораздо легче вставать, чем, когда они пытались сделать это самостоятельно.

Теперь в планах инженеров собрать полноценный носимый вариант SuperLimbs с двумя конечностями. Разработчики планируют оптимизировать их конструкцию, снизив массу деталей и электромоторов. В конечном счете они надеются соединить манипуляторы со скафандром и испытать в условиях, имитирующих низкую гравитацию. В описании гранта, выделенного на разработку SuperLimbs, также указано, что конечности экзоскелета могут использоваться как дополнительные руки во время работ и помогать предотвращать падения, повышая стабильность космонавтов в скафандре, выполняя роль дополнительной пары ног.

Идея снабдить человека дополнительными конечностями прорабатывается инженерами уже довольно давно. Как правило, это одна или две роборуки, которые крепятся к торсу или спине пользователя. Однако недавно инженеры и дизайнеры из Японии представили прототип модульной системы JIZAI ARMS, которая позволяет подсоединять к одному носимому блоку-рюкзаку сразу шесть роботизированных конечностей.