ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Аналитическая работа по теме дизайна экзокостюма «HAL»

Робот-костюм на службе медицины

Выполнил: Горкавчук И.Л.Студент группы ГО-300401Проверил: Д.ф.н. проф. Быстрова Т.Ю.

Екатеринбург 2012

Содержание

•ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИЗАЙНА•СХЕМА ДИЗАЙНА•АКТУАЛЬНОСТЬ•ГИПОТИЗА•ПРОДУКТ ДИЗАЙНА•ПЕРВОЕ ВПЕЧЕТЛЕНИЕ •АНАЛИЗ АНАЛОГОВ•КРИТЕРИИ ДИЗАЙНА•СООТВЕТСТВИЕ КРИТЕРИЯМ•ВЫВОД•ЛИТЕРАТУРА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИЗАЙНА

Горкавчук И.Л.Студент группы ГО-300401Сфера интересов промышленный дизайн

Дизайн - это творческий метод, процесс и результат художественно-технического проектирования промышленных изделий и их комплексов. система ориентированная на достижение наиболее полного соответствия создаваемы объектов и их функций. создании гармоничной среды в целом возможностям и потребностям человека как утилитарным так и эстетическим.

СХЕМА ДИЗАЙНА

АКТУАЛЬНОСТЬС древнего времени люди мечтали быть защищенными от разных угроз внешней среды и обладать безграничной силой. Вспомним античный миф о Геракле и Немейском льве, где герой, умертвив животное забирает его шкуру, которая обладала неуязвимостью. Благодаря такому трофею Геракл смог осуществить остальные свои подвиги. Геракл пытается поймать Цербера в аидеМечта человека: приобрести богатырскую силу и мощь. Издавна люди усовершенствовали и разукрашивали тело например африканские племена наносили татуировки, шрамы или глину на тело, тем самым получали как они считали неуязвимость от вражеского оружия, защиту от злых духов и болезней.

Африканское племя

АКТУАЛЬНОСТЬВ средние веках появляются рыцари. Облаченные в доспехи с ног до головы, обладающие силой и выносливостью. Благодаря металлическим доспехам наводили панику и ужас на своих врагов. Они считались элитными солдатами, одними из серьезных противников того времени.

Благодаря техническому прогрессу человек шагал в будущее, создавая все более страшное оружие. Война одна из причин прогресса, тесно связанная с медициной, на которую хотелось бы обратить внимание. В анализе проекта экзоскилета HAL, спроектированный специально для помощь людям с ограниченной возможностью передвижения. Актуальность проекта в том что военная разработка применяется в благих целях: помочь восстановится после травм, либо полностью заменить опорно-двигательный аппарат пациента. Чем заслуживает внимании, как одна из надежд людей инвалидов, оставляя в прошлом кресла каталки и прикованных к постели. Шанс вести обычный образ жизни без затруднений и намека на не полноценность.

Рыцарь XVII в.

ГИПОТИЗАЗачем нужны подобные конструкции?Человеческое тело весьма неохотно поддается апгрейду, и чтобы поднять штангу в 100 килограмм нужны годы тренировок в спортзале. Экзоскелеты позволяют расширить возможности человека, сделать его сильнее, быстрее, некоторые даже позволяют летать.Роботизированный протез, который заменяет отсутствующие части человеческого тела, называют «экзоскелетом» или «экзопотезом» (от греч. έξω — внешний и σκελετος — скелет) . Термин "экзокостюм" используется как синоним слову "экзоскелет", но он скорее означает не каркас, а некоторую разновидность одежды: скафандр, доспехи, просто экипировку. И всё же мы будем считать эти понятия взаимозаменяемыми. Устройство, предназначенное для увеличения силы человека за счёт внешнего каркаса. То есть это – своеобразный внешний скелет человека, с помощью которого парализованные пациенты могут совершать различные движения – ходить, вставать и ложиться.Все экзокостюмы устроены по-разному, так как изначально создавались для различных нужд (военных, медицинских). Однако задача у них у всех одна –реабилитация людей с параличом конечностей. Пока еще ни одна из этих новинок не дошла до массового производства, но уже сейчас, говоря о перспективах их использования, захватывает дух.

ПРОДУКТ ДИЗАЙНАCyberdyne HAL поможет людям со слабыми мышцами полноценно передвигаться. Закрепив на себе эту конструкцию, пациент превращается в супермена. Обладатель такого экзоскелета одной рукой может поднять до 70 кг, а пресс выдерживает нагрузку до 180 кг. Робот-костюм состоит из модулей: его можно носить полностью для поддержки всего тела, или только отдельные части – руки или ноги.

ПЕРВОЕ ВПЕЧЕТЛЕНИЕ Увидев в первый раз захотелось потрогать его. Появилось желание одеть его, почувствовать себя в «новой шкуре». В данном костюме чувствуется скрытый потенциал, сила и мощь. Создается впечатление медицинской стерильности и футуристичности дизайна. Форма создает чувство спокойствия и вдумчивости, симметричности, целостность костюма с человеческим телом.Яркие кольца синих диодов в суставах делают передвигающегося с его помощью человека похожим на персонажа фантастического фильма.

ПРОДУКТ ДИЗАЙНАИСТОРИЯ БРЕНДА

В Японии экзоскелет, призванный помочь парализованным людям ходить и поднимать тяжести, начали конструировать еще в 1990 году. Его разработчик, 62-летний профессор Университета Цукубы, Есиюки Санкай, тоже почерпнул идею его создания из фантастических фильмов. Фирма, разрабатывающая его, носит название «CYBERDYNE» «Кибердин» – так в известном фильме «Терминатор» назывался гуманоид-убийца. Плюс ко всему, именно в городе Цукуба недалеко от Токио находится космическое агентство Японии (JAXA), а также различные учреждения, где изобретают необычные машины для работы в космосе и на Земле. Экзоскелет получил название HAL («Hybrid Assisitive Lymb») - "гибридные вспомогательные конечности"

АНАЛИЗ АНАЛОГОВ Power Loader

Данный экзоскелет разработан японской компанией и представляет собой массивную конструкцию (~230кг) из алюминиевого сплава. Он позволяет поднимать и перемещать грузы весом до 100кг. Человек как бы вставляется в робота, и управляет этим костюмом посредством специальных джойстиков. Решение весьма интересное, но не самое, на мой взгляд, удачное. Power Loader предполагается использовать как помощь рабочим на складах, доках, шахтах. Свое имя экзоскелет получил благодаря сходству с подобным устройством из фильма "Чужие".

АНАЛИЗ АНАЛОГОВНовозеландский экзокостюм REX

Недавно в СМИ появились сообщения о том, что изобретатели из Новой Зеландии создали роботизированный экзоскелет, который вернул парализованным пациентам возможность ходить.Этот роботизированный костюм навевает мысли о фантастических персонажах. И не случайно. По словам разработчиков, инженеров Ричарда Литтла и Роберта Ирвинга, на создание своего устройства под названием Rex (от англ. robotic exoskeleton – роботизированный экзоскелет), они вдохновились, посмотрев фильм «Чужие». Героиня этого фильма использует экзоскелет в борьбе с инопланетными монстрами.Rex внешне похож на брюки для горнолыжного спорта только с каркасом. Он не одевается на пациента, а пристегивается ремнями к его ногам. Его вес с электромоторами около 38 килограммов; управляется он с помощью джойстика. Благодаря таким экзоногам пациент может совершать почти те же движения, что и здоровый человек. С их помощью даже человек с травмой спинного мозга или больной мышечной дистрофией может начать ходить.Чтобы научиться им управлять, пациенты в течение двух недель проходят курс тренировок. Каждый аппарат адаптируют под конкретного пользователя. Несмотря на его немалую стоимость, которая составляет 150 000 долларов, разработчики уверенны, что потребители купили бы его и за более высокую цену.

АНАЛИЗ АНАЛОГОВXOS Exoskeleton

Экзоскелет XOS от компании Sarcos (ныне компания принадлежит Raytheon) выглядит действительно грозным и без человека похож на человеческий скелет.

Он увеличивает силу человека и позволяет с минимальной затратой сил переносить тяжелые физические нагрузки. XOS обладает продвинутой системой связи человека с механической частью, благодаря чему движения пилота и машины практически синхронны.

Датчики мускульной активности со всех частей тела передают информацию на бортовой компьютер (находится на спине экзоскелета), который координирует все действия экзоскелета. В результате этого человек практически не испытывает усталости при физических нагрузках.

КРИТЕРИИ ДИЗАЙНА

•ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ 7 из 10

•ЭСТЕТИЧНОСТЬ 6 из 10

•ЗНАКОВОСТЬ 5 из 10

•ФУНКЦИОНАЛЬНОСТЬ 9 из 10

•ЭРГОНОМИЧНОСТЬ 7 из 10

СООТВЕТСТВИЕ КРИТЕРИЯМЭргономичность характеристики:Не сковывает в движениях, так как костюм полностью повторяет изгибы тела в подвижных суставах и позвоночнике. Подчеркивая и повторяя анатомическое строение тела человека. В данной модификации присутствуют светодиодные круги подчеркивающие суставы, в которых спрятаны электромоторы. Создавая дополнительную иллюзию сгибательно разгибательного движения рук и ног. Экзоскелет снимает всю нагрузку с тела человека перенося ее на каркас конструкции, тем самым помогая еще не окрепшим пациентам получать не большие нагрузки необходимые в период восстановления.

Оценка 7 из 10

СООТВЕТСТВИЕ КРИТЕРИЯМФункциональная характеристика:По сравнению с аналогами обладает Миниатюрным компьютером анализирующий импульсы, распознает намерения человека и активирует мотор. Обратная связь с мозгом и соответственно управление перемещением идет через мышцы. Робот-костюм способен запоминать часто повторяющиеся движения, и они в дальнейшем могут осуществляться рефлекторно. В отличие от других экзоскилетов не использует примитивные датчики считывания движения, разработчики создали свою уникальную систему считывания.Когда человек пытается двигаться, мозг посылает электрические импульсы к мышцам. Когда они доходят до мышц, на коже можно зарегистрировать слабые биоэлектрические сигналы. Специальные датчики считывают эти сигналы с кожи, а компьютер анализирует, какой силы необходимо совершить действие. Необходимое количество энергии поступает к сервомоторам, и они выполняют необходимое действие. Надо сказать, что костюм компенсирует свои вес, и поэтому тяжесть костюма не ощущается.

Оценка 7 из 10

СООТВЕТСТВИЕ КРИТЕРИЯМ

Технические характеристики:Высота: 160смВес: 23кг (облегченный вариант - 15кг)Питание: аккумуляторные батареи (AC100V) Время работы: 2ч 40мин при нормальной нагрузкеМатериал используемый в костюме: стали, пластика, дюралюминия, высокопрочного сплава алюминия, меди, магния, марганцаЦена - $4200.

Оценка 9 из 10

СООТВЕТСТВИЕ КРИТЕРИЯМЭстетичностьхарактеристики:Дизайн Экзокостюма прост и понятен: функция определяет форму. Очень прост и по своему уникален, присутствуют отдельные элементы, привязанные к форме. Можно сравнить с доспехами рыцаря из будущего. В данном костюме чувствуется скрытый потенциал, сила и мощь, но не агрессия, которую можно наблюдать в аналогах. Создается впечатление медицинской стерильности, благодаря простой форме. Форма создает чувство спокойствия и вдумчивости, симметричности. Присутствует целостность костюма с человеческим телом.

Оценка 6 из 10

СООТВЕТСТВИЕ КРИТЕРИЯМЗнаковостьхарактеристики:Данный экзокостюм можно сравнить с недорогим легковым автомобилем. На даны момент, мало кто может позволить себе такой апгрейд для своего тела, так как цена довольно высока хотя того стоит. Хорошо оправдан в медицинских целях: для немощных стариков, инвалидов, парализованных и т.д. тем, у кого трудности с передвижением. Можно считать предметом роскоши по сравнению с другими медицинскими средствами передвижения «коляски, костыли, трости». Думаю люди прикованные к кровати отдали бы многое за такой агрегат, давший возможность самостоятельного передвижения. В итоге экзоскилет является показателем статуса владельца, имеющим определенный финансовый доход, относя к группе ограничено дееспособных.

Оценка 5 из 10

ВЫВОДИзобретателю из Японии Санкаю предлагали большие деньги, чтобы он занялся созданием подобного экзокостюма для солдат американской армии. Но ученый, несмотря на финансовые затруднения, отказал им, объяснив это тем, что своим открытиям хочет облегчить жизнь людям, а не помогать воевать. Может быть, когда-нибудь и у российских санкаи появится возможность работать для осуществления подобных благих целей. Сферы применения: военная и правоохранительная сферы, сферы, связанные с тяжелым физическим трудом, медицина, адаптация пациента после операции, протезы... Во многих странах именно военная сфера является самой финансируемой. Военная сфера всегда остро нуждается в самых передовых технологиях. Именно эти два фактора объясняют высокую заинтересованность экзокостюмами у военных. Экзоскелеты дороги, ресурсо- и наукоёмки, но эффект от их использования должен оправдать все затраты. Еще бы! Ведь бойцы, облачённые в экзокостюмы, сильнее, быстрее своих врагов, стреляют точнее и защищены лучше. Все же радует, что экзоскелеты разрабатываются и для мирных целей, самые яркие примеры - Cyberdyne HAL и Power Loader. что в перспективе? - последующее усовершенствование. Самым узким местом в экзоскелетах на данный момент является энергопотребление, некоторые костюмы просто не могут оторваться от питающего кабеля. Далее, необходимо поработать над системой взаимодействия человека с костюмом. Наиболее перспективные технологии такого взаимодействия сейчас представлены в костюмах Cyberdyne HAL и XOS от Sarcos. Можно также ожидать и расширения функционала экзоскелетов, уменьшение каркаса в размерах и полное подчинение телу человека. В общем, экзоскелетам есть куда совершенствоваться и развиваться далее.

Применение можно найти не только на земле, но и в освоении космоса и других планет. применение экзокостюма в повседневной жизни здоровым человеком может привести к деградации личности и духовного развития. Из за чего стоит ограничить применение, и не внедрять данную разработку в повседневную жизнь обычных граждан.

ЛИТЕРАТУРАИнтернет ресурсы:http://www.zdorovieinfo.ru/exclusive/robot-kostyum_na_sluzhbe_meditsiny/http://infomed.by/article/359 http://www.taby27.ru

В. Папанек " Дизайн для реального мира« М.: Издательство Д. Андронова, 2004

Интернет ресурсы:http://trendclub.ru/3304 http://myexs.ru/category/cyberdyne/http://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EA%E7%EE%F1%EA%E5%EB%E5%F2

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!