Активный экзоскелет от ЦНИИ Точмаш и его перспективы

В течение нескольких последних лет в нашей стране ведется разработка перспективного экзоскелета военного назначения, способного повысить основные показатели бойца. Ранее был представлен пассивный вариант такого изделия, а на прошедшем форуме «Армия-2021» впервые показали экзоскелет активного типа. Пока это лишь опытный образец, но в средней перспективе изделия такого рода могут войти в состав боевой экипировки ряда подразделений.

Выставочные образцы

Разработка перспективных экзоскелетов для армии ведется в ЦНИИ Точмаш (входит в состав «Ростеха») с привлечением других научных и проектных организаций. Результатом такого подхода уже стал целый ряд проектов и опытных образцов разного рода, демонстрировавшихся на выставках последних лет.Так, в 2017 г. ЦНИИ Точмаш впервые показал материалы по перспективной боевой экипировке, в состав которой предлагалось включить экзоскелет. Позже, на форуме «Армия-2018» эту разработку показали в виде макета. Кроме того, демонстрировался опытный пассивный экзоскелет, способный дополнить серийную экипировку «Ратник». Как сообщалось, такое изделие уже прошло проверку в подразделениях вооруженных сил.

В прошлом году одной из новинок «Армии-2020» стал полуактивный экзоскелет, разработанный ЦНИИ Точмаш в сотрудничестве с НИИ механики МГУ им. Ломоносова. От предыдущих образцов этот прототип отличался наличием электропривода коленного сустава мощностью 350 Вт; остальные сочленения сохранили прежнюю конструкцию без внешнего привода. Испытания показали, что полуактивная конструкция экзоскелета позволяет на 25% сократить нагрузку на колени человека, что будет полезно при длительной ходьбе или при переноске грузов.Утверждалось, что полуактивный экзоскелет соответствует требованиям боевой экипировки и может войти в состав какого-либо из перспективных комплектов. При этом планировалось продолжение развития конструкции. Следующим шагом в этом направлении должно было стать появление полностью активной системы с новыми режимами работы.Такой вариант экзоскелета впервые продемонстрировали на минувшей «Армии-2021». Существующую конструкцию переработали и дополнили новыми электроприводами и соответствующими средствами управления. Предусматриваются активный и пассивный режим работы, дающие разные преимущества, что было подтверждено в ходе испытаний. Также определены основные пути развития подобной конструкции.

Целью текущих проектов от ЦНИИ Точмаш и смежных организаций является создание экзоскелета, способного принимать на себя физические нагрузки, а также использовать приводы в дополнение к собственным силам оператора. За счет этого удается упростить переноску различной нагрузки, в т.ч. снаряжения и вооружения, а также повысить мобильность бойца. Принципиальная способность существующих экзоскелетов решать такие задачи неоднократно подтверждалась испытаниями и практикой.Активный экзоскелет последней модели представляет собой результат постепенной модернизации предыдущих образцов. В результате он сохраняет основные особенности технического облика, но отличается составом оборудования и, следовательно, возможностями и характеристиками. Так, ключевой вклад в развитие проекта сейчас вносит обновленная электроника с улучшенным программным обеспечением.

Технологии развития

Как и ранее, главными элементами экзоскелета являются две металлические «ноги», при помощи ремней закрепляемые на нижних конечностях бойца. Они включают два продольных элемента с шарнирным «коленом» и подошву. В виде внешних и навесных блоков выполнены системы управления, средства питания и т.д.В сочленениях искусственных «ног» имеются позиционные датчики; подошвы оборудованы датчиками давления. Вся информация о взаимных перемещениях деталей поступает в электронный блок, который обрабатывает сигналы, определяет движения оператора и выдает соответствующие команды на сервоприводы коленных «суставов». На других сочленениях электроприводы отсутствуют.Экзоскелет имеет два режима работы. В пассивном используется только механическая часть изделия. Она принимает на себя имеющиеся массы и разгружает ноги бойца. Такой режим предназначается для работы с грузами на ровных поверхностях. Имеется блокировка сочленений, позволяющая стоять в течение длительного времени.

Активный режим предусматривает применение всех электронных и электромеханических агрегатов. В этом случае автоматика определяет и копирует движения человека. Этот режим предлагается использовать при походах по пересеченной местности, в т.ч. с оружием и какими-либо грузами.Последний вариант активного / пассивного экзоскелета весит ок. 6 кг. Он сокращает нагрузку на опорно-двигательный аппарат человека на 50% и уменьшает энергозатраты при ходьбе на 15%. За счет этого полезную нагрузку бойца можно довести до 60 кг при правильном распределении веса. Кроме того, экзоскелет полезен при использовании оружия. Так, при стрельбе из автоматических систем, за счет перераспределения и гашения отдачи, точность увеличивается на 20%.При всех своих преимуществах, новый экзоскелет, как и предыдущие, отличается большим удобством использования. Его конструкция предусматривает все необходимые степени свободы и не стесняет движений. Особая подготовка пользователя не требуется, существенные ограничения по эксплуатации отсутствуют.

Новый экзоскелет от ЦНИИ Точмаш и НИИ механики МГУ выгодно отличается от предыдущих разработок своего семейства. Однако получение новых возможностей не исключает необходимость дальнейшего совершенствования конструкции. Так, разработчики уже раскрыли свои планы на ближайшее будущее. Характеристики изделия будут повышать за счет доработки всех его элементов.Основная часть элементов экзоскелета в его нынешнем виде выполнена из металла. В будущем планируют внедрять композиты, за счет чего улучшатся весовые характеристики при сохранении нужной прочности. Также нуждается в дальнейшем улучшении система питания: от ее характеристик прямо зависят возможности всего комплекса. Планируют продолжать доработку систем управления.Результатом текущих работ в средней перспективе должен стать полноценный экзоскелет для армейского применения, способный облегчать длительные переходы, транспортировку груза и ведение боя. При этом боец не будет сталкиваться с какими-либо специфическими ограничениями, обусловленными несовершенством конструкции. Возможные сроки появления полноценного серийного образца указывают на то, что его могут принять на снабжение вместе с создаваемой сейчас боевой экипировкой следующего поколения.

Перспективы развития

Впрочем, экзоскелеты от ЦНИИ Точмаш и других разработчиков уже находят применение в вооруженных силах. Опытные образцы предыдущих моделей передавались для испытаний в вооруженные силы и другие структуры, которым может быть интересна такая техника. В частности, именно экзоскелеты позволяют операторам роботов-саперов «Уран-6» переносить на себе достаточно тяжелую и крупную станцию управления.Очевидно, что в ближайшее время новая версия экзоскелета с активным режимом пройдет всесторонние испытания, в т.ч. с привлечением военнослужащих из разных структур и подразделений. По их результатам следует ожидать новые доработки и улучшения конструкции. Вполне вероятно, что очередной этап модернизации займет от нескольких месяцев до года, и на следующей «Армии-2022» пройдет новая любопытная премьера.Также можно ожидать, что усовершенствованный экзоскелет полноценно включат в программу разработки перспективной боевой экипировки. В таком случае в середине десятилетия можно будет ожидать начало внедрения подобной техники в строевых частях. Впрочем, перед этим необходимо завершить текущие исследовательские и конструкторские работы. При этом последние новости позволяют смотреть в будущее с оптимизмом.

Системы будущего