Un esoscheletro viene visualizzato dall'esercito degli Stati Uniti. esercito degli Stati Uniti Se sei un fan dei fumetti e dei film di "Iron Man", probabilmente sei affascinato dal potere, armatura in grado di volare che l'industriale immaginario Tony Stark indossa quando esce per combattere i malfattori. Non sarebbe fantastico averne uno in giro?
Potresti essere sorpreso di apprendere che, un giorno presto, una versione solo leggermente meno incredibile della tuta di Iron Man potrebbe consentire ai soldati statunitensi di correre più velocemente, trasportare armi più pesanti e saltare gli ostacoli sul campo di battaglia. E allo stesso tempo, li proteggerà dagli effetti di proiettili e bombe. I militari hanno lavorato al concetto di esoscheletro potenziato, una tecnologia progettata per aumentare il corpo umano e le sue capacità, dagli anni '60. Ma i recenti progressi nell'elettronica e nella scienza dei materiali stanno finalmente facendo sembrare questa idea pratica.
Nel 2010, l'appaltatore della difesa Raytheon ha dimostrato l'XOS 2 sperimentale - essenzialmente, un robot indossabile guidato dal cervello umano, in grado di sollevare da due a tre volte il peso di un essere umano senza assistenza, senza alcuno sforzo da parte dell'utente. Un'altra società, Trek aerospaziale, sta sviluppando il veicolo volante esoscheletrico Springtail, un esoscheletro con un jetpack integrato, che potrebbe essere in grado di volare fino a 70 miglia all'ora (112,6 chilometri all'ora) e librarsi immobile a migliaia di piedi dal suolo, anche [fonte:Hanlon].
Ma altri, oltre ai militari, potrebbero trarre beneficio dall'avvento. È possibile che un giorno le persone con lesioni spinali o malattie da deperimento muscolare possano muoversi facilmente come fanno le persone pienamente abili, grazie a dispositivi per tutto il corpo - essenzialmente, robot indossabili - che consentono loro di fare ciò che i loro muscoli e nervi non possono fare. Le prime versioni di tali esoscheletri potenziati, come $ 150 di Argo Medical Technologies, 000 dispositivo ReWalk, sono già sul mercato [fonti:Argo Medical Technologies, Ugwu].
In che modo le future generazioni di esoscheletri potenziati rivoluzioneranno sia il campo di battaglia che l'esistenza in tempo di pace? E, quali ostacoli tecnici devono superare ricercatori e designer per rendere gli esoscheletri motorizzati veramente pratici per l'uso quotidiano?
Primo, diamo un'occhiata da dove viene il concetto, e come si è evoluto.
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I guerrieri indossano armature sui loro corpi fin dai tempi antichi, ma l'idea di un corpo con muscoli meccanici apparve nella fantascienza nel 1868, quando Edward Sylvester Ellis pubblicò un romanzo da dieci centesimi, "L'uomo del vapore delle praterie". Il libro raffigurava un gigantesco motore a vapore a forma umanoide che trainava il suo inventore, l'ingegnoso Johnny Brainerd, dietro di esso in un carrello a una velocità di 60 miglia all'ora (96,5 chilometri all'ora), mentre inseguiva i bufali e terrorizzava gli indiani [fonte:Landon].
Nel 1961, due anni prima che l'immaginario Iron Man fosse creato dalla Marvel Comics, il Pentagono aveva effettivamente invitato proposte per robot indossabili nella vita reale. Un articolo dell'Associated Press riportava la ricerca per sviluppare il "servosoldato, " che ha descritto come "un carro armato umano dotato di servosterzo e servofreno" che sarebbe in grado di divertirsi più velocemente e sollevare oggetti pesanti, e che sarebbe immune alla guerra batteriologica, gas velenoso e persino calore e radiazioni da esplosioni nucleari [fonte:Cormier]. A metà degli anni Sessanta, Neil Mizen, ingegnere della Cornell University, aveva sviluppato un esoscheletro indossabile da 35 libbre (15,8 chilogrammi), soprannominato il "vestito da superuomo" o "l'amplificatore dell'uomo", " che la rivista Popular Science prediceva allegramente che alla fine avrebbe permesso a un utente di sollevare 1, 000 libbre (453,6 chilogrammi) con ciascuna mano. Nel frattempo, General Electric ha sviluppato piani per un dispositivo alto 18 piedi (5,5 metri), il "pedipolatore, " che porterebbe il suo operatore in giro all'interno [fonte:Cloud].
Questi concetti si sono rivelati impraticabili, ma la ricerca è continuata. Negli anni '80, gli scienziati del Los Alamos National Laboratory hanno creato un progetto per qualcosa chiamato tuta Pitman, un esoscheletro alimentato a corpo intero per l'uso da parte dei fanti dell'esercito americano. Ma è rimasto sul tavolo da disegno. Negli anni '90, il laboratorio di ricerca dell'esercito degli Stati Uniti ad Aberdeen Proving Ground ha esplorato la costruzione di un abito che in realtà assomigliava a quello di Iron Man, ma nemmeno quel progetto è mai arrivato da nessuna parte [fonte:Guizzo].
Per anni, potenziali produttori di esoscheletri erano ostacolati dai limiti della tecnologia. I computer erano troppo lenti e deboli per eseguire l'elaborazione necessaria per far sì che un abito rispondesse ai comandi o ai movimenti di chi lo indossava. Non c'era una fonte di energia sufficientemente portatile, e attuatori, i muscoli elettromeccanici che muoverebbero un esoscheletro, erano semplicemente troppo deboli e ingombranti per funzionare come un corpo umano. Tuttavia, l'idea di un meccanizzato, il super-soldato corazzato era ancora allettante per i generali dell'esercito, e scienziati e designer hanno continuato a lavorare alle possibilità [fonte:Guizzo].
Nella sezione successiva, esamineremo i progressi che hanno fatto nella risoluzione di questi problemi e nello sviluppo di un pratico esoscheletro potenziato.
Un'idea artistica di come appariranno i futuri soldati quando indosseranno macchine esoscheletriche. Foto per gentile concessione di DARPA Negli anni 2000, la ricerca di un vero costume di Iron Man ha finalmente iniziato ad arrivare da qualche parte.
L'Agenzia per i progetti di ricerca avanzata della difesa (DARPA), l'incubatrice del Pentagono per l'esotico, tecnologia all'avanguardia, ha trovato il finanziamento per un programma da 75 milioni di dollari, Esoscheletri per l'aumento delle prestazioni umane, per accelerare le cose. La lista dei desideri di DARPA per un'armatura potenziata era piuttosto ambiziosa:voleva una macchina che consentisse a un soldato di trascinare centinaia di libbre di equipaggiamento per giorni senza sosta, maneggiare grandi armi pesanti che normalmente richiedono due operatori, ed essere in grado di trasportare altri soldati feriti fuori dal campo sulla schiena. Voleva anche che la macchina fosse invulnerabile agli spari, e poter saltare davvero, davvero alto. Alcuni ricercatori hanno respinto l'idea come impossibile, ma altri erano disposti a pensare in grande [fonte:Mone].
Una società chiamata Sarcos, guidata dal produttore di robot Steve Jacobsen, i cui progetti precedenti includevano un dinosauro meccanizzato da 80 tonnellate - hanno inventato un sistema innovativo in cui i sensori rilevano le contrazioni dei muscoli di un utente umano e li usano per azionare una serie di valvole, che a loro volta regolano il flusso di fluido idraulico ad alta pressione ai giunti. Quei giunti meccanici poi muovono cilindri con cavi attaccati ad essi per simulare i tendini che attaccano il muscolo umano. Il risultato è stato un prototipo sperimentale chiamato XOS, che sembrava un ibrido umano-insetto uscito da un film di fantascienza. Entro il 2005, l'XOS è emerso come il dispositivo più vicino alla visione dei militari, e il progetto è passato alla fase di sviluppo. Sarcos alla fine fu acquisita da Raytheon, che ha continuato il lavoro [fonte:Mone].
Nel frattempo, altri abiti, come Berkeley Bionics, ha lavorato per ridurre la quantità di energia richiesta dagli arti artificiali, in modo che un esoscheletro potenziato potesse funzionare abbastanza a lungo sul campo da essere pratico. Un design della metà degli anni 2000, il vettore di carico umano, secondo quanto riferito era in grado di funzionare per 20 ore senza ricaricare [fonte:Mone].
Verso la fine del decennio, una società giapponese chiamata Cyberdyne ha sviluppato il Robot Suit HAL, un concetto ancora più geniale. Invece di fare affidamento sulle contrazioni muscolari di un operatore umano per muovere gli arti, HAL incorporava sensori che captavano i messaggi elettrici inviati dal cervello dell'operatore. Teoricamente, un esoscheletro basato sul concetto HAL-5 consentirebbe a un utente di fare ciò che vuole senza muovere un muscolo, semplicemente pensandoci [fonte:Cyberdyne].
Nella sezione successiva, esamineremo l'attuale stato dell'arte degli esoscheletri motorizzati, e dove la tecnologia potrebbe presto portare.
Entro il 2010, il progetto di esoscheletro della Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) aveva prodotto una tecnologia promettente. Network World riporta che i sistemi attuali, che pesano circa 55 libbre (25 chilogrammi), può consentire agli operatori umani di trasportare 200 libbre (91 chilogrammi) di peso con poco o nessun sforzo e notevolmente meno fatica. Inoltre, gli esoscheletri più recenti sono più silenziosi della tipica stampante da ufficio, e può correre a una velocità di 10 miglia all'ora (16 chilometri all'ora) ed eseguire squat e strisciate, oltre al sollevamento [fonte:Heary]. Raytheon era così sicuro delle sue prospettive che, nel 2010, ha pubblicato un video con Clark Gregg, uno degli attori della serie di film "Iron Man", facendo la narrazione come un esoscheletro di seconda generazione di legno tagliato da karate, ha fatto flessioni e sollevato pesi [fonte:Weinberger].
Nel frattempo, il collega appaltatore della difesa Lockheed Martin sta lavorando su un esoscheletro rivale progettato per il sollevamento di carichi pesanti, con la capacità di trasferire il peso da carichi pesanti a terra attraverso le gambe robotiche dell'esoscheletro della parte inferiore del corpo. L'azienda afferma che l'esoscheletro è anche in grado di eseguire squat profondi, gattonare e sollevare la parte superiore del corpo con il minimo sforzo umano [fonte:Lockheed Martin].
Queste macchine esoscheletriche sarebbero inoltre dotate di sensori e ricevitori GPS (Global Positioning System). I soldati potrebbero utilizzare questa tecnologia per ottenere informazioni sul terreno che stanno attraversando e su come spostarsi verso luoghi specifici. DARPA sta anche sviluppando tessuti computerizzati che potrebbero essere utilizzati con gli esoscheletri per monitorare la frequenza cardiaca e respiratoria.
Se l'esercito americano ha la sua strada, avrà schiere di super soldati che possono saltare più in alto, corri più veloce e solleva un peso enorme legando loro questi esoscheletri. Comunque, potrebbero passare almeno alcuni anni prima che Iron Man nella vita reale si faccia strada su un campo di battaglia.
Nel frattempo, gli esoscheletri alimentati possono anche fornire un enorme vantaggio anche in tempo di pace, poiché alla fine la tecnologia potrebbe consentire alle persone con lesioni spinali o malattie neuromuscolari disabilitanti di condurre una vita più piena. Berkeley Bionics, Per esempio, sta testando eLegs, un esoscheletro alimentato da una batteria ricaricabile, che è progettato per consentire a una persona disabile di camminare, alzarsi da una posizione seduta senza assistenza, e resistere per un lungo periodo di tempo [fonte:Berkeley Bionics].
