Роботизация наряду с информатизацией — один из основных трендов последнего десятилетия в промышленности. Умные оцифрованные рудники, беспилотный транспорт, умные каски, браслеты безопасности шахтеров — все это уже опробованные и прибыльные достижения современной науки и техники. Экзоскелеты тоже дают положительные примеры повышения производительности труда на 10–20% при массовом использовании на автосборке (Ford, Nissan, Toyota и пр.), в авиастроении (Boeing, Airbus), в судостроении (военные верфи США, производство яхт в Финляндии).
Фото: Reuters
Фото: Reuters
В России экзоскелеты испытывают на горно-металлургическом комбинате «Норильский никель», ими интересуются в добычном дивизионе Росатома — АО «Атомредметзолото», в вертикально интегрированных холдингах черной металлургии, например «Северстали». Серьезные планы на экзоскелеты демонстрирует Сбербанк: да-да, попробуйте потаскать слитки золота и мешки с деньгами!
По данным ЦНИИ кибернетики и робототехники (Санкт-Петербург), производство промышленных экзоскелетов освоено примерно в десяти наиболее развитых странах мира. «На текущий момент экзоскелетная тематика становится одним из наиболее динамично развивающихся направлений сервисной робототехники,— сообщил “Ъ-Науке” Чеслав Германович, советник директора — главного конструктора ЦНИИ РТК.— Разработкой собственных экзоскелетных комплексов занимаются десятки научных организаций и промышленных предприятий во многих странах мира, в том числе в США, Японии, Израиле, Германии, Китае, Франции, Новой Зеландии, Норвегии, Великобритании, Южной Корее, Италии — но и в России тоже.
Анализ мирового опыта позволяет сделать вывод о том, что в настоящий момент существуют три ключевые сферы применения экзоскелетных модулей и комплексов на их основе: экзоскелеты военного назначения; реабилитационные экзоскелеты и экзоскелеты для компенсации недостатка подвижности лиц с ограниченными возможностями; экзоскелеты для применения в промышленности.
Наибольший интерес на сегодняшний день вызывает именно направление промышленных экзоскелетов».
Основными производителями промышленных экзоскелетов сегодня являются компании Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering, Hyundai Motor Company (Южная Корея), Sarcos/Raytheon, Lockheed Martin, US Bionicks, Ekso Bionics Holdings, Inc. (США), Panasonic — Activelink, Cyberdine, Honda, Mitsubishi Heavy Industries (Япония), Gobio Robot (Франция), Laevo (Новая Зеландия), Noonee AG (Швейцария) и Rotbot Systems (Израиль).
В России разработками промышленных экзоскелетов занимаются в НИИ механики МГУ им. М. В. Ломоносова с 2011 года. В результате построено два экзоскелета — пассивный и активный. Каждый из них представляет собой семизвенный механизм, состоящий из корпуса и двух трехзвенных ног, содержащих бедро, голень и стопу. В 2016–2018 годах лабораторией общей механики НИИ механики МГУ получена оценка затрат энергии человеком, переносящим груз самостоятельно или при помощи пассивного экзоскелета. Исследование показало, что затраты энергии при использовании экзоскелета уменьшаются более чем на 20%.
Юго-Западный государственный университет (Курск) разработал пассивный экзоскелет Exo Heaver, который позволяет снимать нагрузку с поясничного отдела при подъеме и переносе грузов массой до 60 кг, а также разгружать руки пользователя при работе с инструментом массой до 15 кг.
В ноябре 2018 года цифровая лаборатория ПАО «ГМК “Норникель”» начала процедуру испытания промышленного экзоскелета. В начале августа 2019 года был подписан договор между ПАО «ГМК “Норникель”» и ЮЗГУ на выполнение опытно-конструкторской работы по экзоскелетам. В документе зафиксирован план вывести промышленный экзоскелет на рынок через два года. Электронная начинка еще будет дополняться. В базовый экзоскелет можно встроить ГЛОНАСС-модули, газоанализаторы, автоматическое включение дополнительного освещения, датчик груза для статистики поднимаемой тяжести. В 2023 году конструкторы планируют работать над тем, как оснастить экзоскелет системой нейроинтерфейсов для прямого обмена информацией между мозгом и компьютером.
Игорь Орлов, руководитель ООО «Полезные роботы» (Москва), полагает, что промышленные экзоскелеты могут быть востребованы при выполнении длительных работ в статичных позах, при выполнении работ, связанных с поднятием, длительным удержанием и переносом тяжестей. На данный момент основным препятствием внедрения экзоскелетов в промышленности является отсутствие законодательной базы, регламентирующей их использование. «Наша команда (ООО “Полезные роботы”) совместно с НИИ медицины труда и ИПМ им. М. В. Келдыша РАН ведет работы по созданию новых стандартов и регламентов для использования пассивных промышленных экзоскелетов как средств индивидуальной защиты работников (СИЗ). Необходимо обращать внимание на то, что пассивные промышленные экзоскелеты не должны увеличивать физические возможности человека (в плане поднятия тяжестей сверх нормы), а должны снизить нагрузку на опорно-двигательный аппарат человека при выполнении тяжелых работ»,— пояснил Игорь Орлов.
Евгений Магид, профессор, заведующий кафедрой интеллектуальной робототехники в Высшей школе информационных технологий и интеллектуальных систем Казанского (Приволжского) федерального университета, уверяет: «Пока программное обеспечение автономных роботов не достигло сравнимого с человеком уровня интеллекта для оценки ситуаций и принятия решений в сложной динамической окружающей среде, использование экзоскелетов является приемлемой альтернативой тяжелому ручному физическому труду. Экзоскелеты должны повысить уровень производительности труда и снизить риски для жизни и здоровья людей. При этом физическая работа существенно облегчается за счет робототехнической составляющей, а принятие решений и управление остаются полностью за человеком».
Игорь Петров, гендиректор аналитической группы «Инфомайн» (Москва), видит серьезные перспективы использования экзоскелетов при добыче твердых полезных ископаемых. Согласно недавнему исследованию, российский парк промышленных экзоскелетов достигнет в 2029 году порядка 20 тыс. единиц. Предположительно, большую его часть составят устройства отечественного производства (или хотя бы сборки).
Эти выводы развивает Чеслав Германович из ЦНИИ КРТ. По его словам, массовое внедрение экзоскелетов приведет к серьезным изменениям в области промышленного производства. Изменится и подход человечества к обеспечению мобильности: модульная конструкция позволит менять нужные элементы рабочего облачения непосредственно на ходу, выбирая наиболее удобные инструменты для каждой работы. Дальнейшее направление развития отрасли — «смартизация» систем, в рамках которой в экзоскелеты встроят различные сенсоры и научат их подсказывать пользователям наиболее эффективные действия.