Создан экзоскелет, который помогает дольше оставаться под водой
Группа под руководством профессора Ван Цинина из Школы передового производства и робототехники Пекинского университета представила систему, которую раньше можно было увидеть лишь в научной фантастике. В опубликованной в журнале IEEE Transactions on Robotics работе описан первый портативный подводный экзоскелет, способный помогать дайверам экономить силы и воздух.
Почему человеку трудно работать под водой
Под водой тело сталкивается с плотной средой, которая словно постоянно «держит» пловца за ноги. Чтобы двигаться вперед, приходится преодолевать сопротивление воды, а значит, тратить больше энергии, чем при обычной ходьбе. Даже хорошо подготовленные дайверы быстро устают, а расход воздуха растёт так же стремительно, как при интенсивной тренировке на суше. Из-за этого снижается длительность и эффективность работы.
Экзоскелеты давно помогают людям на земле — поддерживают суставы, разгружают мышцы, компенсируют усталость. Но перенести такие устройства под воду оказалось непросто. Давление, коррозия, измененная биомеханика плавания и необходимость сохранять естественные движения заставляли инженеров искать новые решения. В исследовании подчеркивается, что силовые системы способны «повысить экономию труда в экстремальных условиях», а подводная среда — одна из самых сложных для человека.
Как устроен экзокостюм
Созданный исследователями экзоскелет крепится на ноги и работает в области коленного сустава. Его привод — тросовый, двусторонний, что делает конструкцию одновременно легкой и устойчивой. Сенсоры регистрируют угол сгибания, темп и силу движения, а встроенный контроллер рассчитывает, когда нужно добавить усилие. По сути, система действует как дополнительный импульс в нужный момент, примерно так, как легкий толчок помогает пловцу поймать правильный ритм.
Главное, что экзоскелет не перетягивает на себя управление движением. Он подстраивается под технику пловца и адаптируется в реальном времени, поэтому движения остаются естественными. Это особенно важно для тех, кто работает в условиях ограниченного пространства или должен сохранять точность маневров.
Что показали испытания
В эксперименте участвовали шесть опытных дайверов. Исследователи тщательно фиксировали кинематику движений, электрическую активность мышц и расход воздуха. Полученные данные оказались весьма убедительными.
Использование экзоскелета снизило расход воздуха на 22,7%, а нагрузка на две ключевые мышечные группы — четырехглавую и икроножную — уменьшилась на 20,9% и 20,6% соответственно. Такое сокращение означает, что дайвер может провести под водой значительно больше времени без дополнительного риска для здоровья и без резкого роста усталости. Участники эксперимента быстро привыкли к поддержке и отмечали отсутствие дискомфорта.
По словам инженеров, эта система — не просто технический эксперимент, а шаг к новой концепции взаимодействия человека и океанской среды. Экзоскелеты способны расширить возможности подводных специалистов, увеличить дальность и продолжительность миссий, а также снизить риск ошибок, связанных с утомлением.
