Robottiikassa mikä on Exoskeleton?

Robotiikassa eksoskeleton, joka tunnetaan myös nimellä powered exoskeleton, on moottoripuku, jota käytetään lisäämään ihmisen voimaa ja/tai nopeutta. Käsitettä on käsitelty laajasti tieteiskirjallisuudessa, mutta vasta äskettäin se on alkanut saada uskottavuutta todellisessa maailmassa. Konsepti on saanut eniten huomiota Yhdysvaltain armeijasta ja robotiikkaan suuntautuneista Aasian maista, kuten Japanista ja Etelä-Koreasta. Vuodesta 2009 lähtien eksoskeletonit on rakennettu, mutta niitä ei käytetä laajasti. Myöskään eksoskeletonit eivät ole laajalti kaupallisesti saatavilla, mutta se voi pian muuttua. Vuonna 2008 yksi yritys, japanilainen Cyberdyne, alkoi vuokrata pukujaan.

Ensimmäinen vakava yritys rakentaa voimakas eksoskeleton, jonka General Electric johti vuonna 1965, kutsuttiin Hardimaniksi. Hankkeen tarkoituksena oli luoda eksoskeleton, jonka avulla henkilö voisi nostaa 1500 kg, lähes tonnin. Projekti epäonnistui. Yritykset käyttää koko eksoskeletonia johtivat väkivaltaiseen hallitsemattomaan liikkeeseen, joka olisi repinyt käyttäjän raajan raajasta. Puku itse painoi 680 kg ja pystyi nostamaan vain 1500 kg, kun se pystyi liikkumaan lainkaan. Pukua ei koskaan asetettu päälle, jos sisällä on henkilö.

Läpimurtoja käytännön eksoskeletonien luomisessa tapahtui vasta 2000 -luvun alussa. Tuolloin Yhdysvaltojen puolustustutkimusprojektiviraston (DARPA) kaltaisten organisaatioiden vuosikymmenten tutkimus tuotti lopulta hedelmänsä. Eri ryhmät rakensivat onnistuneesti toimivien eksoskeletonien prototyyppejä. Joitakin nykyisiä (rajoitettuja) eksoskeletoneja ovat Cyberdyne HAL 5, Hondan Exoskeleton Legs, MIT Media Labin Biomechatronics Group -jalat ja Sarcos/Raytheon XOS Exoskeleton. Näiden pukujen tekniset tiedot vaihtelevat, ja joitain niistä ei ole julkaistu. HAL 5 (Hybrid Assistive Limb) on markkinoitu kykeneväksi parantamaan käyttäjän nostokykyä viisinkertaiseksi.

Kaksi suurta eksoskeleton sovellusta olisi armeija ja sairaanhoito. Armeijalle voimakkaan eksoskeletonin avulla sotilaat voisivat kuljettaa raskaampia aseita ja enemmän työkaluja ja ammuksia. Voimakkaan eksoskeletonin käsite on keskeinen teema Yhdysvaltain armeijan visiossa seuraavan sukupolven armeijasta. Tammikuussa 2007 raportoitiin, että Pentagon oli myöntänyt varoja Texasin yliopiston nanoteknologille Ray Baughmanille kehittämään myomeerikuituja “lihaksiksi” moottorikäyttöisille eksoskeleoneille. Useiden japanilaisten yliopistojen tutkijat ovat suunnitelleet lääketieteellistä hoitoa varten pehmeät eksoskeletonit, jotka on suunniteltu auttamaan hoitajia kantamaan vanhoja tai sairaita. Joten eksoskeletoneilla voisi olla sovelluksia sekä sodassa että rauhassa.

Silti tehokkaiden eksoskeletonien kehittämisellä on useita suuria esteitä. Suurimmat ovat tehon ja painosuhteen parantaminen (mikä voisi olla helpompaa käyttämällä kuituja perinteisen mekatroniikan sijasta) ja akun kesto.