外国の軍用ウェアラブル機器の開発に関する分析

近年、海外で開発された軍用ウェアラブル機器には多くの種類があります。 ウェアラブル外骨格、戦闘服、ヘルメット、個々の兵士のラジオなど、特にバイオニック技術を使用したウェアラブル外骨格とスマート戦闘服が大きな注目を集めています。 米国は、数多くのミリタリーウェアラブル外骨格とGG quot; Warrior Knit GGquot;を次々と発売しました。 スマート戦闘服、テストと評価を実施しました。 このタイプの機器が使用されると、兵士GG#39の機動性と包括的な保護機能が大幅に強化され、それによって兵士GG#39の戦闘効果と生存性が強化されます。

1.開発状況

現代のハイテク戦争の条件下で、兵士はさまざまな作戦任務を遂行します。 彼らはますます多くの機器や材料を運ぶ必要があり、負荷はより重いです。 これは兵士GG#39に深刻な影響を及ぼします。 兵士が生き残る間、行進速度、機動性、継続的な戦闘能力。 能力もますます高く評価されています。 その結果、バイオニック技術を適用したミリタリーウェアラブル外骨格やスマート戦闘服などのミリタリーウェアラブル機器が登場しました。 ミリタリーウェアラブル外骨格とインテリジェント戦闘服は、人体の生理学的機能を拡張または強化し、兵士GG#39の運搬能力を向上させ、重量による兵士へのダメージを軽減し、兵士GG#39を向上させるように設計されています。 ;負荷の下での永続的な戦闘能力。

米軍のウェアラブル外骨格は最も急速に成長しており、さまざまな製品を発売しています。 米国では、人体の体重を支える外骨格、第2世代のXOS全身外骨格、GG quot; McFace"など、さまざまな製品を次々と発売しています。 腕の外骨格。 ロッキードマーティンGG#39;の人体の体重を支える外骨格は、チタン合金製の機械式脚、駆動装置、制御コンピューター、背面の耐荷重部分、および放熱ユニットで構成されています。 油圧駆動です。 システムの総重量は32kgで、直立走行を完了できます。 、しゃがんだり這ったりして、兵士は90キログラムの体重を運び、時速16キロの速度で移動し、1回の充電で72時間以上働き続けることができます。 2010年以来、米陸軍は、実験室試験、環境試験、野外試験など、人間の体重を支える外骨格に関する一連の試験と評価を実施してきました。 レイセオンのXOSエクソスケルトンロボットは、現在最も先進的な全身エクソスケルトンです。 これにより、着用者は疲労感を感じることなく、90キログラムの重りを何百回も繰り返し持ち上げることができ、76.2mmの厚板を繰り返し貫通することもできます。 新しく発売された第2世代のXOS外骨格ロボットは、一連の機械的構造、センサー、アクチュエーター、コントローラーで構成されています。 軽量、高速、高性能の油圧で駆動し、消費電力も50%削減します。 。 さらに、NASAはエイリアン探査用のX1機械式外骨格の開発にも投資しており、海軍は外骨格を使用して船を建造しています。


GGquot;ウォリアーニットGGquot; インナーウェアスマート戦闘服の概念図

英国、フランス、その他の国々では、ウェアラブル外骨格技術の研究を積極的に行っています。 米国に加えて、英国、フランス、イタリア、オランダ、オーストラリアもウェアラブル外骨格を開発しています。 ブリティッシュBAEシステムズGGquot;矯正体重サポートデバイスGGquot; は、兵士GG#39のバックパックとブーツに接続された一対の機械的脚を含むアルミニウムと炭素繊維の複合材料でできており、兵士がバックパックの重量を分担するのに役立ちます。 システムの総重量は8kg(バッテリーなし)です。 レベル6の技術成熟度に達しました。 フランスのGGquot;ヘラクレスGGquot; ウェアラブル外骨格は、GGquot;電気機械GGquot;で構成されています。 脚、背面サポートフレーム、および1対のロボットアームにより、兵士は100キログラムの重量を運び、時速4キロの速度で約20キロ移動することができます。 イタリアのGGquot; V-ShieldGGquot;の第一世代 人間の脊椎の外骨格には、人間の肩の重量を脚の筋肉に伝達してストレスを軽減し、潜在的な体重負荷能力を高めることができるいくつかの電気調整アクチュエータが装備されています。 オランダのGGquot;外部パートナーGGquot; 2つの外骨格には、5 kgの重さの2つの格納式の機械式脚とアクチュエータが装備されており、徒歩での兵士の耐荷重を大幅に向上させることができます。 オーストラリアのパッシブウェアラブル外骨格は、重量が3キログラム未満で、2本のシンプルなボーデンワイヤーが装備されています。 ボーデンワイヤーは、剛性フレームのバックパックからボディの側面に巻かれ、レッグブラケットを介してコンバットブーツの底に接続されています。 2/3は直接地面に移されます。

US" Warrior Knitting" スマート戦闘服はまだ開発とテストの段階にあります。" Warrior Knitting" インテリジェントな戦闘服は、独自の技術的性能特性を備えた真新しいインナーウェアの戦闘服です。 1つは、戦闘服が小さなセンサー、機能的な構造部品、アクチュエーターで覆われ、重量が兵士全体にインテリジェントに分散されて力が軽減されることです。 2つ目は、兵士GG#39に着用できるさまざまなコアコンポーネントです。 足首、腰、膝、上半身。必要に応じて自動的に硬化または弛緩し、体重負荷によって引き起こされる筋骨格の損傷を軽減します。 人間の代謝消費を減らし、人体の機能を高め、それによって兵士の体重負荷能力を効果的に改善します。 3つ目は、パッシブおよびアクティブ制御テクノロジーを使用して人間の筋肉、腱、骨の機能を刺激し、アクティブコンポーネントと直列および並列に接続された弾性要素を使用してエネルギーを貯蔵および放出し、過剰な損失なしにエネルギーを合理的に使用してエネルギー消費を削減することです。 同時に、バッテリー用の電力を蓄え、エネルギーを再利用してエネルギー消費を削減することができます。 第四に、それは優れた柔軟性と柔軟性を備えた高度な防弾材料でできており、軽く、快適で耐久性があります。 また、既存の兵士の戦闘服や装備と互換性があり、米陸軍の90%が使用できます。

現在、米国国防高等研究計画局、ハーバード大学のワイズバイオエンジニアリング研究所、ボストンダイナミクス、SRIインターナショナルは、それぞれ独自のGG quot; Warrior Knitting GGquot;を立ち上げました。 スマートな戦闘服。 ヒップまたは足首で構成されるパートレベルのサンプル服。 その中で、SRI GG#39; s" SuperFlex" 機械的外骨格は、バイオセンサー、モーション予測とパフォーマンス強化アルゴリズム、コンピューターとバッテリー、ドライブと制御デバイス、モーショントラッキングセンサーとファブリックで構成されています。 着用者は必要に応じて電源を入れることができます。 必要なアクションを完了します。

米軍はこれらのサンプルに対して複数回の試験・評価を実施し、兵士への負荷の軽減、兵士の身体的損失の軽減、関節の安定化などの段階的な研究成果を達成し、快適さと適応性。 問題のため。 評価結果から判断すると、GG quot;ウォリアーニットGGquot;を着ている兵士。 スマート戦闘服は、27.7kgの重さでも正常に歩くことができます。 次のステップはフィールドテストです。 ハーバード大学のサンプルで実施された3マイルのオフロードテスト(道路、半険しい道、ジャングルエリアを含む)で、米軍は兵士GG#39をテストしました。 歩幅と頻度、筋活動、および能力の喪失。 計画によると、GG quot; Warrior Knitwear GGquot;の最終テストと評価。 サンプル服は2016年末に実施されます。

2012年以来、ハーバード大学のワイズバイオエンジニアリング研究所の研究者は、兵士の有効性を高めるための新しいソリューションの採用を目指して、バイオニックスマートスーツの開発に取り組んできました。 このバイオニックスマートスーツは、多数のウェビング、内蔵の低電力マイクロプロセッサ、および柔軟なひずみセンサーネットワークを使用しており、兵士GG#39のリスクを軽減します。 人間の脚の筋肉や腱の動きを模倣することによる筋肉の損傷。 Wise Institute of Bioengineeringは、実験研究のために、股関節と足首に2つの異なる柔軟な外骨格を設計しました。 研究チームはまた、小さなエンジンと相互作用して、着用者のGG#39の自由な動きに影響を与えることなく支援を提供するケーブルとプーリーを開発しました。

現在、ウェアラブル外骨格技術は、マイクロプロセッサと生体電気センサーに飛躍的な進歩を遂げており、その開発は、歩行安定性制御、マルチセンサーデータ融合、エネルギーおよび電力駆動技術、軽量の高度な材料、最適化された制御アルゴリズムなどの技術にも直面しています。 課題:GG quot; Warrior Knitting" スマート戦闘服は、兵士への負荷の軽減、兵士の身体的損失の軽減、関節の安定化などの段階的な研究結果を達成し、快適さや適応性などの人的要因を解決しました。 その開発は、高度な制御、GGquot;技術者GGquot;などの技術的課題にも直面しています。 インターフェースと知覚、損傷の軽減と防止、および人間の機能の強化。


2.アプリケーションの見通し

軍用ウェアラブル外骨格は、兵士の徒歩での運搬能力を大幅に向上させることができます。 ミリタリーウェアラブル外骨格は柔軟なデザインを採用しており、兵士が重い物を這う、しゃがむ、持ち上げるなどの一連のアクションを完了するだけでなく、重い物を持ち上げることによる筋骨格の損傷を軽減することができます。 アメリカの人間の体重を支える外骨格は、モジュラー設計を採用しています。 機械式の脚に加えて、三日月形のグラップリングフックとハンドリングエイドを装備することもできます。 これにより、兵士は重い物を徒歩で運ぶことができるだけでなく、重い物をつかんだり運んだりすることも容易になります。 将来の外骨格ロボットは、兵士に合わせた人間の服のようなもので、兵士のGG#39の耐荷重能力を大幅に向上させ、長持ちする機動性を拡張し、移動速度を上げて、GG quot; herculeにすることができます。"、したがって、徒歩で現在の兵士を完全に解決します。不十分な携帯性の問題。

SRI GGquot;スーパーソフトGGquot; 機械的外骨格

インテリジェントな戦闘服は、兵士に包括的な保護機能を提供します。" Warrior Knitting" スマートコンバットスーツは、感覚的なGGquot;エンハンサーGGquot;のようなものです。 筋肉や関節に。 それは伝統的な防弾機能を持っているだけでなく、人体機能を強化し、兵士をGG quot; Iron Man GGquot;にします。 またはGGquot;スーパーマン。" 将来的には、戦闘服も光ファイバーの糸に織り込まれ、負傷した兵士の負傷をリアルタイムで医療救助センターに伝え、兵士のGG#39を保護します。 健康と安全; それは周囲の環境に溶け込むことさえでき、兵士をGG quot;カメレオンをGGquot;にします。 インテリジェントな戦闘服は、自律学習機能と人間と機械のコラボレーションを備えた破壊的技術であり、米軍GG#39の第3のGGquot;オフセット戦略の指針となるイデオロギーに沿っています。"

3、将来の開発

軍用ウェアラブル機器は、将来、ウェアラブル外骨格とスマート戦闘服のテストと評価、パフォーマンスの向上、技術の成熟度の促進、機器での使用に焦点を当てるほか、高度な制御、新素材、生体工学、生物医学を使用してより高度な技術を開発します。 脳を制御する外骨格、インテリジェントな戦闘服。

1つは、軍用ウェアラブル外骨格の重量を減らし、構造を簡素化し、パフォーマンスを向上させることです。 米国での体重を支える外骨格の開発の目標は、兵士が120〜180kgの体重を運ぶことができるようにすることです。 既存の第2世代XOS外骨格ロボットはケーブルタイプであり、2020年までにケーブルレスXOS外骨格ロボットに発展し、より高度な技術とより優れた性能を発揮することが期待されています。 将来的には、外骨格ロボットは兵士のフットワークと筋肉の動きを学習し、負傷したり動きが制限されたりしたときに兵士が動くのを支援することができます。

2つ目は、脳が制御する外骨格を積極的に開発することです。 米国国防高等研究計画局の感覚プロテーゼは、脳で制御される外骨格であり、上肢プロテーゼを巧みに制御できる、完全に移植可能で、モジュール式で、再構成可能な神経インターフェースの開発を目的としています。 ロシアはまた、新世代のGGquot;個人の外骨格GGquot;の開発を加速しています。 2020年に使用される予定の装甲戦闘服。

3つ目は、全身GGquot;ウォリアーニットGGquot;を開発することです。 スマート戦闘服。 米国はGGquot;ウォリアーウィービングGGquot;を実施します。 システムインテグレーション、生体力学的モデリングとシミュレーション、テストと評価などの研究作業を実行し、全身のインテリジェントな戦闘服に発展します。 米軍のパフォーマンス要件は次のとおりです。9kg未満の重量管理。 100ワット以下の電力要件。 45 kgの体重を持ち、1.25 m / sの速度で平らな地面を歩く兵士は、代謝消費を25%削減します。 バッテリーの重量は4.5kgを超えず、充電せずに24時間連続して動作します。