外骨格はどのように機能するか

あなたが「アイアンマン」の漫画や映画のファンなら、架空の実業家トニー・スタークが悪者と戦うために出かけるときに着る、強力で飛行可能な鎧のスーツにおそらく魅了されているでしょう。それらの1つが周りにあるのは素晴らしいことではないでしょうか？

いつの日か、アイアンマンのスーツのほんの少しだけ信じられないバージョンが、米軍兵士がより速く走り、より重い武器を運び、戦場の障害物を飛び越えることを可能にするかもしれないことを知って驚くかもしれません。同時に、弾丸や爆弾の影響から彼らを保護します。軍隊は、1960年代から、人体とその能力を増強するために設計された技術であるパワード外骨格の概念に取り組んできました。しかし、エレクトロニクスと材料科学の最近の進歩により、ついにこのアイデアが実用的に見えるようになりました。

2010年、防衛産業の請負業者であるレイセオンは、実験的なXOS 2（基本的には人間の脳によって誘導されるウェアラブルロボット）を実証しました。別の会社であるTrekAerospaceは、ジェットパックが組み込まれた外骨格フレームであるSpringtail Exoskeleton Flying Vehicleを開発しています。これは、時速70マイル（時速112.6 km）まで飛行し、地上数千フィートを静止してホバリングすることができます。 、同様に[出典：Hanlon ]。

しかし、軍隊以外の他の人々は、出現から利益を得るかもしれません。脊椎の怪我や筋肉消耗性疾患のある人は、全身のデバイス（基本的にはウェアラブルロボット）のおかげで、完全な能力のある人と同じくらい簡単に移動できる可能性があります。できません。Argo Medical Technologiesの150,000ドルのReWalkデバイスなど、このようなパワードエクソスケルトンの初期バージョンはすでに市場に出回っています[出典：Argo Medical Technologies、Ugwu ]。

次世代のパワードエクソスケルトンは、戦場と平時の存在の両方にどのように革命をもたらすでしょうか？そして、パワードエクソスケルトンを日常の使用に真に実用的にするために、研究者や設計者が克服しなければならない技術的ハードルは何ですか？

まず、コンセプトがどこから来たのか、そしてそれがどのように進化したのかを見てみましょう。

コンテンツ

1. 人間拡張の歴史
2. モーフィングマンとマシン
3. 開発の課題

戦士は古くから体に鎧を着ていましたが、機械的な筋肉を備えた体のアイデアは、エドワードシルベスターエリスがダイムノベル「TheSteam Man ofthePrairies」を出版した1868年にSFに登場しました。この本は、発明者である独創的なジョニー・ブレイナードを時速60マイル（時速96.5キロメートル）の速度でカートに入れて牽引し、水牛を追いかけ、インディアンを恐怖に陥れた巨大な人型の蒸気機関を描いた[出典：ランドン]。

架空のアイアンマンがマーベルコミックスによって作成される2年前の1961年までに、国防総省は実際に実際のウェアラブルロボットの提案を募集していました。アソシエイテッドプレスの記事は、「サーボソルジャー」を開発するための探求について報告しました。これは、「パワーステアリングとパワーブレーキを備えた人間の戦車」であり、より速く楽しく、重い物体を持ち上げることができ、細菌戦、毒ガス、さらには核爆風からの熱と放射線[出典：Cormier]。 1960年代半ばまでに、コーネル大学のエンジニアであるNeil Mizenは、「スーパーマンスーツ」または「マンアンプ」と呼ばれる35ポンド（15.8キログラム）のウェアラブルフレーム外骨格を開発しました。片手で1,000ポンド（453.6キログラム）を持ち上げます。一方、ゼネラル・エレクトリックは、高さ18フィート（5.5メートル）のデバイスである「ペディピュレーター」の計画を策定しました。このデバイスは、オペレーターを内部に持ち運ぶものです[出典：クラウド]。

これらの概念は実用的ではないことが判明しましたが、研究は続けられました。 1980年代、ロスアラモス国立研究所の科学者たちは、米陸軍の歩兵が使用する全身動力の外骨格であるピットマンスーツと呼ばれるもののデザインを作成しました。しかし、それは画板にとどまりました。 1990年代に、アバディーン性能試験場の米陸軍研究所は、実際にアイアンマンに似たスーツを作ることを検討しましたが、そのプロジェクトはどこにも行きませんでした[出典：Guizzo ]。

何年もの間、パワードスーツの外骨格メーカーは、テクノロジーの限界に悩まされていました。コンピューターは遅すぎて、スーツを着用者の命令や動きに反応させるために必要な処理を行うには小さすぎました。十分に持ち運び可能なエネルギー供給がなく、外骨格を動かす電気機械の筋肉であるアクチュエーターは、人体のように機能するには弱すぎてかさばっていました。それにもかかわらず、機械化された装甲の超兵士のアイデアは依然として陸軍の将軍を魅了し、科学者や設計者はその可能性に苦労し続けました[出典：Guizzo ]。

次のセクションでは、これらの問題を解決し、実用的なパワードエクソスケルトンを開発する上で彼らが成し遂げた進歩を見ていきます。

2000年代に、現実のアイアンマンのスーツの探求がついにどこかに行き始めました。

国防総省のエキゾチックで最先端の技術のインキュベーターである国防高等研究計画局（DARPA）は、物事をスピードアップするために、7,500万ドルのプログラムであるExoskeletons for Human PerformanceAugmentationの資金を調達しました。 DARPAのパワードアーマードスーツのウィッシュリストはかなり野心的でした。兵士が何百ポンドものギアを何日も疲れを知らずに持ち運び、通常2人のオペレーターを必要とする大きな重い武器を処理し、他の負傷した兵士を運ぶことができるマシンが必要でした。その背中のフィールドから。また、マシンが銃撃に対して無防備であり、本当に、本当に高くジャンプできることも望んでいました。一部の研究者はその考えを不可能であるとして却下しましたが、他の研究者は喜んで大きく考えました[出典：Mone ]。

ロボットメーカーのスティーブ・ヤコブセンが率いるサルコスという会社は、以前のプロジェクトに80トンの機械化された恐竜が含まれていましたが、センサーが人間のユーザーの筋肉の収縮を検出し、それらを使用して一連のバルブは、ジョイントへの高圧油圧作動油の流れを調整します。次に、これらの機械的関節は、ケーブルが接続されたシリンダーを動かして、人間の筋肉を接続する腱をシミュレートします。その結果、XOSと呼ばれる実験的なプロトタイプが作成されました。これは、SF映画の人間と昆虫のハイブリッドのように見えました。 2005年までに、XOSは軍のビジョンに最も近いデバイスとして登場し、プロジェクトは開発段階に移行しました。 Sarcosは最終的にRaytheonに買収され、Raytheonは作業を継続しました[出典：Mone ]。

一方、Berkeley Bionicsなどの他の衣装は、義肢が必要とするエネルギー量の削減に取り組み、動力付きの外骨格が現場で実用的に機能するのに十分な長さになるようにしました。 2000年代半ばの設計の1つであるHumanLoad Carrierは、充電せずに20時間動作できたと報告されています[出典：Mone ]。

10年の終わり近くに、サイバーダインと呼ばれる日本の会社は、さらに独創的なコンセプトであるロボットスーツHALを開発しました。HALは、人間のオペレーターの筋肉の収縮に頼って手足を動かす代わりに、オペレーターの脳から送信された電気メッセージを検出するセンサーを組み込んでいます。理論的には、HAL-5の概念に基づく外骨格は、ユーザーが考えるだけで、筋肉を動かさずにやりたいことを何でもできるようになります[出典：Cyber​​dyne ]。

次のセクションでは、パワードエクソスケルトンの現在の最先端技術と、テクノロジーがまもなくリードする可能性のある分野について見ていきます。

2010年までに、国防高等研究計画局（DARPA）の外骨格プロジェクトはいくつかの有望な技術を生み出しました。 Network Worldの報告によると、現在のシステムの重量は約55ポンド（25キログラム）で、人間のオペレーターはほとんどまたはまったく労力をかけずに200ポンド（91キログラム）の重量を運ぶことができ、疲労も劇的に少なくなります。さらに、最新の外骨格は、通常のオフィスプリンターよりも静かで、時速10マイル（時速16 km）の速度で実行でき、持ち上げるだけでなく、スクワットやクロールを実行できます[出典：Heary]。レイセオンはその見通しに非常に自信を持っていたため、2010年に、映画「アイアンマン」シリーズの俳優の1人であるクラークグレッグが第2世代の外骨格空手刻み木としてナレーションを行い、腕立て伏せをしたビデオを公開しました。持ち上げられた重り[出典：Weinberger ]。

一方、防衛産業の請負業者であるロッキードマーティンは、重い荷物から下半身の外骨格のロボット脚を介して地面に体重を移動する機能を備えた、重い物を持ち上げるために設計されたライバルの外骨格に取り組んでいます。同社によれば、外骨格は最小限の人間の労力で深いスクワット、クロール、上半身の持ち上げも実行できるとのことです[出典：ロッキードマーティン]。

これらの外骨格マシンには、センサーと全地球測位システム（GPS）受信機も装備されます。兵士はこのテクノロジーを使用して、横断している地形や特定の場所に移動する方法に関する情報を取得できます。DARPAはまた、外骨格とともに使用して心臓と呼吸数を監視できるコンピューター化されたファブリックを開発しています。

米軍がその道を進んでいれば、これらの外骨格を彼らに縛り付けることによって、より高くジャンプし、より速く走り、そして巨大な体重を持ち上げることができるスーパー兵士の群れがいるでしょう。それでも、実際のアイアンマンが戦場に出るまでには少なくとも数年かかるかもしれません。

一方、パワードエクソスケルトンは平時でも大きなメリットをもたらす可能性があります。最終的には、このテクノロジーによって、脊椎損傷や神経筋疾患を患う人々がより充実した生活を送ることができるようになる可能性があるからです。たとえば、Berkeley Bionicsは、充電式バッテリーを搭載した外骨格であるeLegsをテストしています。これは、障害者が歩行したり、補助なしで座った姿勢から起き上がったり、長時間立ったりできるように設計されています[出典：バークレーバイオニクス]。

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