Francuzi i Kanadyjczycy chcą budować wojskowe egzoszkielety

Założone w ten sposób konsorcjum zadaniowe chce zwiększyć atrakcyjność dotychczasowych rozwiązań i doprowadzić do ich powszechnego zastosowania, w pierwszej kolejności przez francuskie i kanadyjskiej wojska lądowe. Zgodnie z podpisanym porozumieniem firma Sagem ma udostępnić swoje umiejętności w integrowaniu złożonych systemów, budowie siłowników i stosowaniu technik stabilizacyjnych. B-Temia ma natomiast włączyć do programu swoje osiągnięcia w pracach nad ludzką robotyką i tzw. „sztuczną inteligencją”.

Egzoszkielety – pomoc i ochrona dla żołnierzy

Ostatecznym celem wspólnych prac Kanadyjczyków i Francuzów ma być zewnętrzny szkielet wykonany z lekkich ale bardzo silnych materiałów - np. stopów metali. Szkielet taki jest następnie nakładany na człowieka tak, by dublować jego ruchy, wzmacniając je za pomocą szeregu elementów biomechanicznych i elektronicznych – w tym przez różnego rodzaju siłowniki.

W całej takiej konstrukcji ogromne znaczenie ma system sterowania i źródło zasilania. W pierwszym przypadku chodzi o kierowanie wszystkimi elementami konstrukcji, w tym czujnikami żyroskopowymi, które pomagają w zachowaniu równowagi całej konstrukcji przy wykonywaniu często bardzo skomplikowanych czynności. System zasilania musi natomiast zapewnić energię dla egzoszkieletu i często innych urządzeń elektronicznych wykorzystywanych przez żołnierza (np. radiostacji, tabletów i komputerów dowodzenia, itd.). Co więcej musi to robić przez czas wystarczający na realizację misji i powrót.

Dzięki takiemu wyposażeniu zewnętrznemu człowiek jest zdolny do wykonywania znacznie cięższych prac niż normalnie, przenoszenia większych ładunków, pokonywania trudniejszych przeszkód - jednocześnie nie męcząc się i będąc bardziej chronionym. Ta ochrona wynika nie tylko z otaczającego kończyny metalowego szkieletu, ale także dodatkowych osłon balistycznych, jakie można na nim zamontować. W tym przypadku ciężar nie stanowi już bowiem takiego ograniczenia.

Osłony balistyczne są przy tym tak zaprojektowane, by chroniąc nie utrudniały ruchów. W tym przypadku mamy więc już do czynienia nie tylko z egzoszkieletem, ale bardziej z egzoszkieletozbroją.

PROWLER, czyli firmy SAGEM i B-Temia nie startują od zera

Pomóc w pracach nad francusko–kanadyjskim egzoszkieletem może partnerstwo, jakie firma B-Temia zawiązała wcześniej z amerykańską korporacją Revision Military Inc. Korporacja ta specjalizuje się bowiem w budowie tego rodzaju konstrukcji, a efektem tego współdziałania był „system wspomagania pracy człowieka” PROWLER. Zgodnie z założeniem miał on zwiększać rezerwy metaboliczne żołnierza, a jednocześnie zabezpieczać go przed różnego rodzaju urazami.

I rzeczywiście, system PROWLERm opierający się na egzoszkielecie zasilanym z pakietu akumulatorów litowo-jonowych, znacząco poprawił zdolność do przemieszczania się z dużym obciążeniem, pozwalając na zachowaniem sił do wykonanie docelowego zadania i to bez obrażeń oraz kontuzji. Było to na tyle obiecujące rozwiązanie, że zostało ono przetestowany przez dowództwa: amerykańskich sił specjalnych SOCOM i kanadyjskich sił specjalnych (CANSOFCOM). Program ten jest zresztą cały czas realizowany przy ścisłej współpracy z centrum badawczo rozwojowym amerykańskich wojsk lądowych Natick (Natick Soldier Research Development and Engineering Center) w stanie Massachusetts.

Prace trwają od ponad pięciu lat i już na obecnym etapie pokazały, że egzoszkielety rzeczywiście mogą zwiększyć możliwości operatorów sił specjalnych. Zgodnie z informacjami przekazanymi przez firmę B-Temia miało to wynikać nie tylko ze zmniejszonego wysiłku, jaki żołnierze muszą włożyć w wykonanie zadania, ale również z ograniczenia stresu przeciążonych przenoszonym sprzętem komandosów.

Egzoszkielety – w pierwszej kolejności pomoc w przenoszeniu ciężarów

Egzoszkielet, jaki ma zostać opracowany przez francusko–kanadyjskie konsorcjum będzie prawdopodobnie powielał rozwiązania zastosowane w systemie PROWLER. Zaprojektowana więc zostanie konstrukcja powielająca ruch mięśni bez konieczności dodatkowego sterowania (np. za pomocą joysticka). Dodatkowo nie będzie to jedynie system do przenoszenia ładunków, chociaż na początku to właśnie potrzeby „transportowe” sprowokowały prace nad egzoszkielatmi.

Nie były one zresztą jedynymi rozwiązaniami, jakie można zastosować, by wspomóc poruszanie się „przeciążonych” wyposażeniem żołnierzy. Często bowiem proponuje się „półśrodki”, które wykorzystując proste układy mechaniczne, bez źródeł zasilania, pomagają w przenoszeniu ciężarów i w poruszaniu się w trudnym terenie.

Przykładem takiego rozwiązanie jest system transportowy SHIMSHON izraelskiej firmy Tal & Hadas. Proste siedzisko dla ładunku zostało w nim podparte za pomocą resorowanego pojazdu jednokołowego – o konstrukcji monocykla. Badania wykazały, że już teraz daje to operatorom wrażenie zredukowania o 85% ciężaru przenoszonego ładunku.

Do wykorzystania SHIMSHON-a żołnierzom potrzebna jest trening i wprawa, ale jak pokazały próby może on pomóc w poruszaniu się – dodatkowo nie utrudniając wykonywania takich czynności jak odpoczynek, postój, ukrycie się lub wspinanie (zapewniając w tym przypadku dodatkowy punkt równowagi).

Egzoszkielety „transportowe”

Większość działań różnych ośrodków naukowych jest jednak nakierowana na budowę egzoszkieletów „transportowych”, zasilanych elektrycznie i wzmacniających działanie mięśni układami siłowników elektrycznych i hydraulicznych. Przykładem tego rodzaju konstrukcji jest system wspomagania przenoszenia ciężarów HULC (Human Universal Load Carrier) opracowany przez koncern Lockheed Martin oraz naukowców i studentów z uniwersytetu Berkeley.

Ten hydraulicznie wspomagany egzoszkielet miał pozwalać żołnierzom na przenoszenie ładunków o masie 200 funtów (ponad 90 kg) z dużą prędkością na odległość 10 mil (około 16 km), przy czym HULC zapewnia wsparcie w stawach kolanowych i biodrowych. Jest to system napędzany elektrycznie z układu baterii, chociaż Lochkeed Martin już informuje, że w opracowaniu są specjalne ogniwa paliwowe, które mogą zapewnić wspomaganie systemu w czasie misji o długości trwania do trzech dób.

HULC równomiernie rozkłada ciężar z przodu i z tyłu żołnierza. Cała konstrukcja znacząco odciąża żołnierza i eliminuje możliwość doznania różnego rodzaju urazów zarówno w układzie mięśniowym, jak i kostnym.

Obecnie trwają prawdopodobnie prace nad poprawieniem ergonomii tego rodzaju rozwiązania. Chodzi tutaj, przede wszystkim, o łatwe zakładanie i zdejmowanie konstrukcji. Już obecnie po jej rozłożeniu żołnierz tak naprawdę musi jedynie wsunąć jedynie w nią nogi, wkładając buty w specjalne stopki. Następnie musi jedynie owinąć zaczepy wokół ud, talii i ramion. Konstrukcja ma przy tym odpowiednią wytrzymałość, ponieważ została zbudowana z tytanu. Dzięki temu żołnierz może wykonywać wszelkie czynności: biegać, skakać, chodzić, czołgać się, klęczeć i wspinać. Podobnie jak w przypadku PROWLER-a, badania nad systemem HULC były nadzorowane przez centrum badawcze U.S. Army Natick Soldier RD&E.

Europejskim odpowiednikiem tego typu konstrukcji jest np. egzoszkielet HERCULE, opracowywany przez firmę RB3D od 2009 r. na zlecenie dyrekcji generalnej do spraw uzbrojenia DGA (Direction générale de l’armement). Przy jego tworzeniu współpracują również bardzo mocno francuskie wojska specjalne. W tym przypadku prace przebiegały jednak równolegle: biorąc pod uwagę zarówno potrzeby wojska, jak i środowiska cywilnego.

To właśnie do aplikacji cywilnych opracowano wersję 3 systemu HERCULE, która ma być demonstratorem przyszłych możliwości. W tej chwili pracuje się nad szeroką gamą specjalistycznych akcesoriów, które będą podczepiane do bazowego egzoszkieletu, do którego wkłada się nogi operatora.

Nie tylko dla wojska

W tym wszystkim ważne jest również to, że wyniki prac firm Safran i B-Temia mogą być bardzo szybko zastosowane w środowisku cywilnym – np. dla celów medycznych. Egzoszkielety mogą bowiem również wspomóc poruszanie się osób niepełnosprawnych lub osłabionych - wzmacniając działanie całego ciała lub niektórych jego części (egzoszkielety mogą bowiem współdziałać tylko z wybranymi kończynami).

Działanie takiej konstrukcji może być wzbudzane ruchem mięśni (wzmacniając je), albo impulsami nerwowymi przekazywanymi do komputera sterującego przez odpowiednio rozmieszczone czujniki lub nawet implanty (w przypadku paraliżu częściowego lub całkowitego oraz braku kończyn).