מפת אתר    |    English
דף הבית  |  על החברה  |  תיק עבודות  |  חדשות  |  מאמרים  |  צור קשר
 
 
 
שלד חיצוני    מאת: גרגורי מון
כתבה מתוך POPULAR SCIENCE העוסקת בתכניות פיתוח מערכות "שלד חיצוני"

בזמן שלבתי הקולנוע מגיע הסרט "איש הברזל" אשר מבוסס על חוברות הקומיקס הנודעות, עמל במעבדה סודית בהרים גאון מטורף אמיתי על הגשמת הפנטזיה בה עוסק הסרט - אדם-על מכאני.
 
מאת גרגורי מון
 
צילם ג'ון בי. קארנט
 
     
איש הפלדה

      
שלוש עובדות חשובות
1.
בסוכנות DARPA החלו להפעיל בשנת 2000 תוכנית לפיתוח של שלד חיצוני, מתוך שאיפה ליצור חיילים חזקים ומהירים יותר.
 
2.
השלד החיצוני XOS של ריית'און סרקוס מעניק כוחות ועמידות יוצאי דופן למי שעוטה אותו, אך שימוש ממושך מחייב התחברות למקור כוח חיצוני.
 
3.
חוקרים אחרים עמלים לפתח שלד חיצוני לפלג הגוף התחתון, אשר יכול לסייע למשותקי רגליים להתחיל ללכת.
 
      
אפגניסטן. בונקר סודי. ארבעה אנשים חמושים ברובים שומרים על דלת פלדה עבה וחלודה. בום! חבטה עזה נשמעת מעבר לדלת - מצידה הפנימי. בום! חבטות נוספות על דלת הפלדה. הצירים חורקים. השומרים נרתעים באימה. מה שמנסה לפרוץ את הדלת חייב להיות גדול. וזועם.
 
הדלת מתעופפת והענק המתכתי פורץ דרך הפתח. הוא נראה כמו רובוט אבל בתוכו מסתתר מתכנן הנשק הנודע טוני סטארק, ששולט על מפלצת הפלדה. הקליעים ניתזים מהחליפה, בקושי שורטים את השריון. הוא משכיב את השומרים במכה אחת. לאחר שהגיח הוא משקיף לעבר מחנה האויב שמסביבו, מפעיל את הלהביורים שבזרועותיו, חורך את המפרקים.
 
יוטה. מעבדה סודית בהרים. מהנדס התוכנה רקס ג'יימסון נכנס לחליפת מתכת שמכסה את כל גופו, למעט הראש, לאחר שהוריד אותה מקורת מתכת עבה, עליה הייתה תלויה בכבל גומי חזק. הוא נועל לרגליו מגפי אלומיניום, מהדק חגורות מסביב לרגליים ולמותניים, קושר סביב זרועותיו רצועות של תרמיל - כשידיות מתכת מחליפות את כפות ידיו. זה נראה קל כמו ללבוש מעיל.
 
לאחר מכן הוא מתחיל לנוע, והמכונה מתעוררת לחיים - מחקה כל צעד שלו. הוא מרים את ידיו ומתחיל להכות באגרופיו באוויר, תוך שהוא מדלג מרגל אחת לשנייה. הוא אינו מוחמד עלי, אבל למרות שהוא עוטה לגופו שריון במשקל של 70 קילוגרמים הוא מצליח לנוע בקלילות.
 
הוא יכול להפיל בקלות את המתכנת הסמוך אל הרצפה, או להעיף מתכנת אחר מעבר לשולחן - ומה שמרשים עוד יותר, הוא יכול להתמיד בכך לאורך כל היום. כדי להמחיש את הסיבולת העל-אנושית, הוא ניגש למתקן כושר ומרים מוט משקולות של קרוב למאה קילוגרמים. ואז הוא עושה זאת פעם נוספת. ועוד פעם. הוא עוצר רק לאחר כ-50 הרמות, ומספרים לי שהוא ביצע בעבר 500 הרמות ברצף. גם אז הוא הפסיק מתוך שעמום, ולא בשל עייפות.
 
הפער בין פנטזיה למציאות הולך ומצטמצם. המציאות היא XOS - השלד החיצוני החדש ואולי המתקדם ביותר שנבנה אי פעם. הוא פותח על ידי מהנדסים של חברת הרובוטיקה סרקוס, אותה הקים סטיב ג'ייקובסן, הוגה הרעיון, בשנת 1983. לא מכבר נרכשה סרקוס על ידי ענקית הנשק ריית'און. ואילו הפנטזיה יורקת האש שייכת לסרט הקיץ "איש הברזל", שייצא לאקרנים בתחילת חודש מאי. הסרט עוקב אחר ממציא עתיר דמיון בשם טוני סטארק, שבונה חליפת שיריון רובוטית אשר מעניקה לו כוחות על אנושיים. דמותו של איש הברזל הופיעה בעלילות קומיקס כבר לפני למעלה מארבעים שנים, אך זו הפעם הראשונה בה היא מככבת בסרט הוליוודי. התזמון מושלם: לא רק שאיש הברזל - גיבור שכוחו נובע אך ורק מיכולות הנדסיות מתקדמות - הוא הגיבור האידיאלי לעידן הגדג'טים, אלא שלראשונה מאז שהופיעה הדמות, החליפה אינה אך ורק בגדר של חלום רחוק.
 
בשבע השנים האחרונות, קומץ מהנדסים החלו לצקת חיים בחלום הצבאי בן 40 השנים, על חיילים שיכולים להרים באמצעים מכאניים משאות כבדים. במימון של DARPA (הסוכנות למחקרים צבאיים מתקדמים של משרד ההגנה האמריקני) החלו ג'ייקובסן ואחרים לפתח חליפות עם שרירים מלאכותיים ומערכות בקרה - חליפות שבקרוב יועמדו לרשות חיילים, כבאים ונכים שמרותקים לכיסאות גלגלים. נותרו עדיין אתגרים לא פשוטים - דוגמת אספקת כוח לחליפות הרובוטיות - אך XOS של סרקוס, שהיא אולי החליפה המתקדמת ביותר שמיועדת לכל הגוף, ונעה בתיאום מושלם עם מי שלובש אותה, גרמה אפילו ליוצרי הקומיקס לחוש שהמציאות מדביקה את הדמיון. לאחר שעדי גרנוב, אחד המאיירים העיקריים של חוברות הקומיקס ששימש כיועץ לסרט, צפה בסרטון שתיאר את החליפה בפעולה, הוא אמר כי "ידעתי שאנו מתקדמים בכיוון הזה, אבל לא שיערתי שאנו כה קרובים". לדבריו, למעט יכולות התעופה וכלי הנשק, "זה איש הברזל".
 
מחוברות הקומיקס לשדה הקרב

 
כדי לגלות את השורשים הטכנולוגיים של הפנטזיה, אליה אנו משווים את השלד החיצוני האמיתי, יצאנו לבקר במקום בו נולדו חוברות הקומיקס: משרדיה של חברת מרוול במרכז מנהטן. טום ברוורט, העורך שמופקד על חוברות הקומיקס של איש הברזל, סיפר לי בקצרה על תולדות חייו של טוני סטארק: הוא בוגר MIT, מדען ומהנדס מבריק שגרף הון, שתיין ורודף נשים. הסיפור כיצד הפך סטארק לאיש הברזל השתנה במשך השנים, אך הרעיון הבסיסי, שגם אומץ בסרט, היה שחבורה של בני בלייעל חטפו אותו ותבעו ממנו לפתח עבורם כלי נשק קטלני. במקום זאת הוא בנה חליפת שריון ולאחר שהצליח להימלט משוביו הוא החליט לשפר אותה, לתקן את דרכיו ולהפוך מגאון פרוע לגיבור על אמיתי.
 
איש הברזל יכול לנוע מהר יותר ממטוס סילון, לפרוץ למחשבים מוגנים היטב - ולעשות את כל זה בעזרת ממשק שמתחבר ישירות למוחו. הפרזה פראית? אכן כן, אבל לדברי ברוורט, זה כל הרעיון. "איש הברזל חייב תמיד להקדים את הטכנולוגיה הקיימת בשלושה צעדים, אחרת הוא יהיה מיושן".
 
כשהופיעה הדמות בשנת 1963, היה לצבא שלד חיצוני רק על הנייר. באותה שנה פרסם סרג' זרודני, חוקר של הצבא האמריקני, דוח ובו תיאר רובוט נלבש שיעניק למפעיל כוחות של ענק - אך הטכנולוגיה הנחוצה למימוש החזון עדיין לא הייתה בנמצא. מלבד כמה תוכניות צבאיות [ראו בציר הזמן, עמודיםDARPA בתוכנית בת שבע שנים, בתקציב של 75 מיליון דולרים, בשם Exoskeletons for Human Performance Augmentation [שלד חיצוני לתגבור הביצועים האנושיים].
 
עד אז, קומץ של חלוצים בתחום השלד החיצוני - דוגמת קצין הצבא לשעבר ג'ק אובוסק, שמכהן כמנהל למערכות שמשתלבות בגוף האנושי במרכז למחקרים צבאיים, פיתוח והנדסה בנטיק, מסצ'וסטס - השתכנעו שהטכנולוגיה כבר מאפשרת להתחיל ולממש את החזון. אובוסק, שנמנה על מי שקידמו את המחקרים הצבאיים בתחום של השלד החיצוני מאז שנת 1995, אומר שלאחר שהופיעו חיישנים קטנים וגמישים יותר, ומעבדים מהירים יותר, הוא ובכירים נוספים השתכנעו שכבר ניתן לייצר רובוט נלבש.
 
אולם, רשימת הדרישות השאפתנית של DARPA נראתה כאילו נלקחה מחוברת קומיקס: מכונה שתאפשר לחייל הממוצע לשאת יותר ממאה קילוגרמים וללכת במשך ימים מבלי להתעייף, להפעיל כלי נשק שבדרך כלל נחוצים שני חיילים להפעלתם, ולפנות על הגב פצוע או שניים משדה הקרב. הסוכנות דרשה שהחליפה תתמוך בכלי נשק רבים יותר, ותגן על לובשיה מפני אש האויב. הסוכנות אף דרשה שהחליפה תאפשר לחיילים לדלג לגובה רב יותר: היא ציפתה לקבל את איש הברזל.
 
חלק מהמומחים ששימשו כיועצים לסוכנות DARPA לפני שהוכרזה התוכנית סברו שהחזון אינו מציאותי. "מחצית מהאנשים עמם שוחחתי האמינו בחזון בלהט דתי כמעט, וכל השאר סברו שמדובר בבזבוז מוחלט של כסף, זמן ומשאבים" מספר אפרים גרסיה, מהנדס מאוניברסיטת קורנל, שעמד בראש התוכנית של DARPA בשלביה הראשונים. השוללים לא היו מטורפים, מוסיף גרסיה: "זה היה אתגר של ממש". השלד החיצוני דורש מקור כוח נייד שיאפשר להפעיל אותו במשך יום שלם; שרירים מלאכותיים קטנים ורבי עוצמה; ומערכת בקרה מורכבת שתשלוט בכל פעולה. והוא חייב להיות מהיר.
 
השלד החיצוני היה צריך לשמש כצללית מכאנית של החייל, לפענח כל פעולה שלו - הזרוע השמאלית, למשל, נעה בכיוון מסוים ובעוצמה מסוימת - ולחקות אותה באופן מיידי כמעט. אפילו הפיגור הקל ביותר עלול לעכב את החייל ולגרום לו לחוש כאילו הוא נע בתוך מים. המכונה חייבת גם לפענח את הכוחות שפועלים על החליפה עשרות פעמים בשנייה, והמעבדים חייבים להיות מספיק חזקים על מנת להמיר את הנתונים לפקודות מיידיות שיועברו לגפיים הרובוטיות, בקצב ההתקדמות של החייל שעוטה את החליפה.
 
כדי להתמודד עם אתגרים אלה, ולגלות כיצד ניתן לשלב את המערכות הנפרדות לכדי מכונה מהירה, זריזה, חזקה ועמידה, היה צורך בטוני סטארק אמיתי. אולם, בסופו של דבר הוא התגלה לא בדמותו של מתכנן כלי נשק - אלא דווקא כאדם שבנה, בין השאר, דינוזאורים רובוטיים.
 
יצרן הרובוטים
 
קורות החיים של סטיב ג'ייקובסן מזכירים את ווילי וונקה של עולם הרובוטים - הפרויקטים שביצע ב-35 השנים האחרונות כוללים דינוזאור מכאני במשקל של 80 טון ואת המזרקות של קזינו בלאג'יו. אולם, חזותו מזכירה פרופסור מכובד יותר מאשר מדען מטורף - אדם גבוה בעל גב ישר כסרגל ושיער אפור-לבן מסורק בקפידה. לפני שהציג לי את XOS הוא לקח אותי לסיור במה שכינה, בהומור חלקי בלבד, "מנהרת האימה": לא מרפאה של רופא שיניים אלא חלל נרחב שמשמש כמשרדי החברה שהקים, אשר פועלת כזרוע למחקר ופיתוח של בית הספר להנדסה של אוניברסיטת יוטה, שם לימד בזמנו. למרות שבנה רובוטים עבור כמה מהלקוחות הקפדניים ביותר - לדבריו, הדרישות של חברת דיסני גבוהות מאלו של הצבא - הרי שהוא עדיין איש אקדמיה בנשמתו. הוא מתייחס למוחו כאל ידיד עמו הוא נהנה לבלות מעת לעת, ודומה שהוא נהנה לפתור בעיות קשות יותר מאשר ליישם את הפתרונות בצורה הטובה ביותר. לאחר שחלפנו על פני רובוט הומנואיד שמשחק פינג פונג, מתעכב ג'ייקובסן לצד צמד עופות טוקן מזמרים, בעלי מנגנון מכאני, אותם בנה עבור מסעדה מקומית, ומספר כמה קשה היה לגרום להם לנוע כמו ציפורים אמיתיות. "אנו בוחרים רק בפרויקטים מעניינים" אומר ג'ייקובסן.
 
הוא מסוגל לשוחח בהתפרצויות של חמש דקות על שלל נושאים - מהבעת פליאה על צריכת האנרגיה הנמוכה של מערכות ביולוגיות ["בני אדם פועלים על גזרים!"] ועד התפעלות מהישגים הנדסיים ["יש דברים שחייבים לראות כדי להאמין"]. אולם, הפטפטנות לכאורה מחפה על נטייה לסודיות. הוא ממעט לשוחח עם עיתונאים. בזמן שסיירנו במעבדות השונות, הוא הצביע על מתקנים מסוימים - רכב יבשתי לא מאויש או רגל מלאכותית מסוג חדש, לדוגמה - הסביר עליהם באריכות ואז עצר וביקש שלא להזכיר אותם בכתבה. נראה שההתנגדות נובעת, בין השאר, מהעובדה שחלק מהפרויקטים מפותחים במימון צבאי. אולם, קשה להשתחרר מהתחושה שבדומה לקוסם, מעדיף ג'ייקובסן שלא לחשוף את סודותיו.
 
תמהיל הפרויקטים של סרקוס, שכולל, בין השאר, איברים מלאכותיים ומנועי ננו, נראה אקראי לחלוטין. אולם, לדברי אפרים גרסיה, המגוון הייחודי הוא אחד הגורמים שאפשרו לג'ייקובסן להתמודד עם האתגרים שמציבה הבנייה של שלד חיצוני. הפרויקט מחייב לא רק מיומנויות של פיתוח תוכנה והנדסת מכונות, אלא גם יכולת מיוחדת להמצאה של הפתרונות הנחוצים. "הוא יכול לתכנן את המנועים. הוא יכול לתכנן את מערכת הבקרה. הוא יכול לתכנן את המכונה ואת כל רכיביה" אומר גרסיה. יכולות אלה הן הכרחיות.
 
"בנייה של שלד חיצוני" אומר ג'ייקובסן, "כרוכה בפיתוח של כ-25 תת-מערכות, וכולן חייבות לפעול היטב לפני שעוברים לשלב הבא. שני היעדים העיקריים הם כוח ועמידות, אבל השלד חייב גם לבצע כ-75 פעולות שונות". מבין כל הרובוטים שבנה, אין ספק ש-XOS - שהציב בעיות כה רבות - הוא הבן החביב על ג'ייקובסן. "לאף אחד מהם לא היה יעד דומה. אף אחד מהם לא היה חייב להציע מערכת עצמאית כה חזקה, מהירה, עמידה וגמישה" אומר ג'ייקובסן.
 

שלד חיצוני נולד

 
בשנת 2000 הגישה סרקוס בקשה לקבל נתח מהתקציב של DARPA, גם משום שג'ייקובסן האמין שהוא מסוגל לפתור אחת מהבעיות הגדולות שהוצבו בהזמנה להגיש הצעות: הממשק בין המפעיל לרובוט. כדי לאושש את התחושה שלו ביקש ג'ייקובסן מצלם החברה, ג'ון פרייס, לערוך עם ביתו ניסוי קטן.
 
במסגרת הניסוי שימש פרייס כשלד חיצוני ואילו בתו הייתה המפעיל. היא הפנתה את גבה לאביה, טיפסה על כפות רגליו והניחה את אצבעות רגליה על אצבעותיו שלו. הם אחזו ידיים כדי לשמור על שיווי משקל והחלו ללכת. התפקיד של פרייס היה לעקוב אחר צעדיה ולהקפיד שכפות רגליו יישארו מתחת לכפות רגליה. תוך דקות ספורות הם החלו להלך בתיאום מושלם, כשהבת מקבלת את כל ההחלטות החשובות - באיזו מהירות להתקדם והיכן לפנות - בעוד שפרייס מנסה לחקות אותה, צעד אחר צעד.
 
הניסוי אישר את תחושתו של ג'ייקובסן, שבעזרת מספר נקודות מגע - כפות הרגליים והידיים, במקרה זה - יכולה מכונה חכמה לפענח את הצעדים שעומד לבצע אדם שרתום אליה ולהגיב בהתאם.
 
במהלך הפיתוח של XOS תכננו ג'ייקובסן ואנשיו מנועים זעירים, בנו חיישני לחץ משופרים, המציאו שסתומים הידראוליים יעילים יותר ואף ייצרו את רגלי האלומיניום של הרובוט. אולם, על פי ג'ייקובסן, ההישג החשוב ביותר היה הפיתוח של שיטת הבקרה שמונעת התנגדות, מאפשרת לשלוט על כל הרכיבים והופכת רובוט מדליק לחליפה של גיבור על. אובוסק, שניסה בעצמו את חליפת XOS, מסכים עם ג'ייקובסן. "אדם יתעייף במהירות, אפילו כתוצאה מההתנגדות הקלה ביותר". משום כך, מערכת הבקרה של XOS מפחיתה את ההתנגדות לאפס.
 
זו המערכת שאפשרה לטייס הניסוי ג'יימסון לבצע אימון כושר מבלי שקצב פעימות הלב שלו יעלה. ברגע שהוא מתחיל למשוך כלפי מטה את מוט המשקולות, מגלים חיישנים שמותקנים בכפות הידיים שינויים במומנט. ללא הסיוע של השלד החיצוני, היו החיישנים מגלים שהוא מנסה למשוך כלפי מטה משקל של כ-50 קילוגרמים בכל יד. אולם, מסביר ג'ייקובסן, המטרה של המערכת היא שהכוח שפועל על החיישנים ישאף לאפס, עד כמה שניתן - על מנת ש-XOS יבצע את העבודה ולא המפעיל. "XOS נושא את עצמו, ו-[ג'יימסון] נושא את עצמו" אומר ג'ייקובסון.
 
החיישנים שבכפות הידיים, בדומה לחיישנים שמותקנים ברגליים ובגב החליפה, מעבירים נתונים למעבד המרכזי מאות פעמים מדי שנייה - ובחלק מהמקרים אף אלפי פעמים מדי שנייה. המערכת מציבה את הנתונים במשוואות מיוחדות שמסייעות לשלוט על המיקום והתנועה של הזרועות, הרגליים והגב. המערכת מזהה שג'יימסון מבקש להוריד את ידיו וקובעת איזה שריר מלאכותי, באיזה מפרק, יש להפעיל כדי לחקות את תנועותיו של ג'יימסון. ג'יימסון עצמו לא חש שום לחץ מפני שהמערכת מורה לזרועות הרובוטיות להרים את המשקולות עוד לפני שג'יימסון מפעיל כוח משמעותי. כשהוא יוצא מחליפת XOS, לאחר סיבוב נוסף במתקן הכושר, הוא אפילו לא מתנשם ומתנשף. כשאני שואל לשלומו הוא מושך בכתפיו ופולט "בסדר גמור".
 
גרסת החליפה בה השתמש ג'יימסון היא 4.0. ג'ייקובסן מציג לי חדר ובו תלויות שלוש הגרסאות הראשונות כבובות על חוט. המראה כה מזכיר את "היכל השריון" של איש הברזל, בו שומר סטארק את החליפות שלו, עד שאני מתחיל לחשוב שאולי כדאי לברר את נתוני הפשיעה באזור כדי לגלות אם גיבור על, חציו אדם וחציו מכונה, אוכף כאן את הסדר הציבורי.
 
לחליפה הראשונה, שנבנתה בשנת 2002, לא היה כלל מקור כוח. אנשי סרקוס בנו אותה כדי להוכיח ששלד חיצוני יכול לחקות את תנועות המפעיל. אחד המהנדסים לבש את החליפה וניסה לבצע פעולות שונות כמו בעיטה בכדור כדורגל, ריצה או טיפוס לתא המפעיל של דחפור. ניסויים אלה סייעו להגיע למגוון התנועות המתאים ולמקם את המפרקים במקומות הנכונים.
 
אולם, פתיחה וסגירה של המפרקים בקצב המתאים ובעוצמה הנכונה התגלתה כאתגר מורכב יותר. בשנת 2003 החל סרקוס לפתח מנגנונים הידראוליים שישמשו כשרירים מכאניים. גישה זו לא הייתה חדשנית במיוחד. למעשה, אומר אחד מהמפתחים האחרים של שלדים חיצוניים, ההתבססות על מנגנונים הידראוליים היא החיסרון העיקרי של חליפת XOS. אחד המהנדסים, שביקש לשמור על עילום שם משום שלא ראה אישית את החליפה [היא הוצגה עד כה לציבור רק בסרטון וידאו שצוות טלוויזיה מקומי צילם והעלה לאתר YouTube], טוען שמערכת הידראולית טהורה צורכת כוח רב כל העת רק כדי לשמור על לחץ קבוע בשסתומים. מנגנונים חשמליים מתאימים יותר למטרה זו, מוסיף המהנדס, משום שהם צורכים כוח רק כשמפעילים אותם. אולם, ג'ייקובסן דוחה את הביקורת בביטול. "אתה מרוצה ממערכת הבלמים של המכונית שלך? זו מערכת הידראולית" אומר ג'ייקובסן ומוסיף שהוא התגבר על הבעיה של צריכת האנרגיה הגבוהה. למרות שהוא מסרב להרחיב בפרטים, הוא מציין שאנשי סרקוס תכננו שסתומים ששולטים על זרימת הנוזל לפי הצורך, ומאפשרים לצרוך כוח רק כשהחליפה נעה.
 
למרות ההדגמה המרשימה בחדר הכושר, חליפת XOS לא עומדת בכל הדרישות שהוצבו במסגרת התוכנית של DARPA. היא אינה מאפשרת להטביע כדור כדורסל בסל או לרוץ מהר יותר, והיא לא תהפוך אדם רגיל להרקולס. אולם, אחד היעדים ברשימה השאפתנית של DARPA היה לבחון אם ניתן בכלל להשיג אפילו אחד מבין כל היעדים האחרים, אומר אובוסק. מבין הפרויקטים של שלושה הצוותים שלקחו חלק בתוכנית [חברת סרקוס, המעבדה הלאומית אוק רידג' ואוניברסיטת קליפורניה בברקלי], נבחרה בשנת 2005 חליפת XOS כקרובה ביותר לחזון המקורי של הסוכנות, וקיבלה את אישור הצבא לעבור לשלב הפיתוח הבא; כעת שוקדים בסרקוס על המשך הפיתוח, בתקציב של 10 מיליון דולרים שהעניק הצבא האמריקני.
 
ג'יימסון שב ועוטה את החליפה לקראת אימון כושר נוסף, ובזמן שאני צופה ברובוט ששוקל 70 קילוגרמים ומחקה כל תנועה על סמך שש נקודות מגע בלבד, ותוהה כמה נתונים עוברים בחליפה מדי שנייה על מנת שהמנגנונים יפעלו בצורה כה שקטה וחלקה, נראית לי הסיטואציה דמיונית לא פחות מהסרט "איש הברזל". אפשר כמעט לדמיין את ג'יימסון מזנק לאוויר, פורץ דרך הגג וממריא לשמים. אולם, כדי ש-XOS יוכל לפרוץ מהאולם, חייבים לנתק את כבל החשמל מהשקע שבקיר.
 
עוד שלדים חיצוניים
 
העולם של חקר השלדים החיצוניים קטן, סודי וחשדני. למרות שהם אינם יודעים לבטח כיצד פועלות החליפות האחרות, לא נרתעים המפתחים מלהשמיץ את מתחריהם, "רק בינך לביני". ההמלצה הנפוצה ביותר היא "שאל אותו מה יהיה מקור הכוח". המפתחים של XOS, ושני הגורמים המובילים הנוספים שמפתחים בארה"ב שלדים חיצוניים, בחרו בגישות הפוכות לשאלה החשובה. ג'ייקובסן החליט קודם כל לייצר חליפה רבת יכולת, ואחר כך למצוא כיצד לספק לה כוח לארבע עד 24 שעות, כפי שדורשים בסוכנות DARPA. במהלך ההדגמות בהן צפיתי, ג'יימסון והחליפה חוברו למשאבה הידראולית שצרכה כוח ממקור חיצוני [החליפה יכולה לפעול בכוח סוללות, אך רק במשך 40 דקות בכל פעם]. אולם, שני הגורמים האחרים שמפתחים בארה"ב שלדים חיצוניים, פרופסור יו הר מ-MIT והומאיון קזרוני מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, העדיפו להתמקד קודם כל בסוגיה של מקור הכוח.
 
הר מנסה לפתח מכונה שתונע בכוח הרגל ותצרוך כמה שפחות אנרגיה - הגרסה הראשונה צורכת שני ואט בלבד, בדומה לרדיו נייד - ויכולה לתמוך ב-80 אחוזים מהעומס שיוצר מטען של כ-36 קילוגרמים שנושאים על הגב. בגרסה הנוכחית, בשל ההשפעה על צורת ההליכה, שורף הלובש מעט יותר אנרגיה ממה שהיה שורף אילו נשא את המטען בכוחות עצמו בלבד. אולם, הר מקווה שבעתיד הנראה לעין ישופר המנגנון המכאני והמכונה תצליח להקל את העומס על הלובש. בסופו של דבר, מקווה הר, יסייע השלד החיצוני בפעילויות פנאי - למשל בטיולי סוף שבוע - ויאפשר למטיילים להעפיל לפסגות הרים וללכת במשך יום שלם. למרות שמבחינתו של הר מדובר בחזון ארוך טווח, רומז קזרוני שהוא כבר עשה כברת דרך ארוכה אל היעד.
 
קזרוני, שגם הוא נמנה על ותיקי התוכנית של DARPA [הוא והר לא קיבלו מימון נוסף מהצבא, מעבר למענק המקורי], אומר שהשלד החיצוני המיועד לפלג הגוף התחתון, Human Load Carrier [HULC], יכול לפעול במשך יותר מ-20 שעות ללא צורך בטעינה נוספת. לדבריו, מאפשר השלד החיצוני למשתמש לשאת על גבו מטען של כ-45 קילוגרמים ולהפחית את שריפת החמצן בשיעור של 15 אחוזים בהשוואה למצב בו היה נושא מטען דומה בכוחות עצמו.
 
קזרוני אינו מוכן עדיין לחשוף את המתקן לציבור, ומוכן רק לומר שהמערכת מזכירה מכונית היברידית: בדומה לשימוש שנעשה במכונית היברידית באנרגיית הבלימה כדי לטעון את המצברים, עושה HULC שימוש בכוח שמועבר מהקרקע בכל פעם שהמשתמש דורך עליה באחת מרגליו, ועצם ההליכה מסייעת לטעינה. הפיתוח נעשה כיום בעזרת מענק של שני מיליון דולרים, לשלוש שנים, מהמכון הלאומי של ארה"ב לתקינה וטכנולוגיה, מתוך שאיפה לסייע לסובלים ממגבלות ניידות. "אין מדובר בכלי נשק" אומר קזרוני, "אלא בתחליף לכיסא גלגלים".
 
גם המתחרה הדומה ביותר ל-XOS הוא מכשיר רפואי, אך הפיתוח נעשה מעברו השני של האוקיינוס השקט - ביפאן. בשנת 2004 הקים מומחה הרובוטיקה יושיוקי סנקאי חברה בשם Cyberdyne [לגמרי במקרה, כשם החברה שממנה יוצאת מהפכת הרובוטים בסרטי "שליחות קטלנית"] על מנת לשווק שלד חיצוני לגוף מלא שפיתח, אשר מכונה Hybrid Assistive Limb, או בקיצור HAL-5. במקום להשתמש בחיישני לחץ כמו ב-XOS, מחוברים החיישנים לעורו של המשתמש ב-HAL-5 וקולטים אותות מהשרירים על מנת לפענח את התנועה המבוקשת. מערכת הבקרה של החליפה לומדת את ההליכה הטבעית של המשתמש ומחקה אותה. השלב של הלימוד וההתאמה נמשך כשעה וחצי, ולא ניתן ללבוש את החליפה ומיד לצאת לדרך. אולם, מאחר ובחברת Cyberdyne רואים ב-HAL-5 הן אמצעי שיקום והן כלי עזר לאחיות, הרי שתקופת הלימוד אינה נחשבת למכשול. כשהם רתומים לחליפה המצוידת בסוללות, יכולים העובדים בבית החולים לשאת חולים כבדים כאילו היו ילדים קטנים, וסנקאי כבר מחכיר את החליפה ללקוחות הראשונים.
 
לנתק את הכבלים
 
באחת מעלילות הקומיקס האחרונות של "איש הברזל" שוכב הגיבור המובס על רצפת המאורה של האויב, כשהחדשות הרעות מופיעות בתצוגה העלית של הקסדה - אספקת הכוח עומדת להסתיים. הוא מעביר את אצבעות על רצפת הבטון בחיפוש אחר כבל כוח וטוען מיד את החליפה.
 
למרבה הצער, שלדים חיצוניים אמיתיים אינם מאפשרים להסתפק בגניבת חשמל מכבל מזדמן, ויתכן שחליפות XOS הראשונות שיפעלו בשטח אף יהיו מחוברות בכבל לשקע החשמל הסמוך. אובוסק מעריך שהגרסאות הראשונות ישמשו מובילים ולאו דווקא לוחמים. חליפה שמחוברת לשקע חשמל במשאית או באונייה תוכל לסייע לחיילים לפרוק במהירות משלוחים של ציוד כבד ממסוקי תובלה או להחליף חוליות בזחלים של טנקים. למרות שבצבא האמריקני מקווים שניסויי שטח בגרסה הנוכחית של XOS יחלו כבר בשנת 2009, הרי שג'ייקובסן ואנשיו עדיין עמלים על פיתוח של גרסה בעלת מקור כוח עצמאי.
 
בקיץ הקרוב תחל החברה להפעיל תוכנית מחקר, בשיתוף עם חברה לתכנון מנועים, במטרה לפתח מחולל שמסוגל לספק לחליפת XOS די כוח למספר שעות בכל פעם. ג'ייקובסן אינו מוכן להרחיב בפרטים, אך לא מסיבות של חשאיות, אלא משום שהוא מגלה עניין רב יותר בצמצום צריכת החשמל של החליפה מאשר בפיתוח של מקור כוח רב עוצמה.
 
ג'ייקובסן מציג לי רגל חדשה, בעלת צריכת חשמל נמוכה יותר, שמבוססת על עקרונות דומים לאלו של הרגל האנושית. בזמן ההליכה, נוצר מרבית הכוח במפרק הירך כשהרגל נעה לאחור. לאחר מכן, כשהרגל נעה לפנים, השרירים הקטנים בברך ובשאר חלקי הרגל נחים עד שכף הרגל מגיעה לנקודה הרצויה על גבי הקרקע. התנועה החופשית חוסכת אנרגיה. קזרוני והר כבר שילבו מנגנונים כאלה בשלד החיצוני שפיתחו, וכעת מבקש ג'ייקובסן לשלב מנגנון דומה בגרסה עתידית של XOS. "בשלב הבא" אומר ג'ייקובסן, בעוד מספר שנים, "נצמצם את צריכת האנרגיה עד שנוכל להסתפק בכוח סוס בודד עד שלושה כוחות סוס לצורכי הליכה". צריכת אנרגיה כה נמוכה תאפשר להסתפק בערכת סוללות ניידת.
 
ג'ייקובסן רואה בגרסה הנוכחית כלי רכב בסיסי שניתן להתאים למשימות ספציפיות - טיפול רפואי, תגובה בחירום, תחזוקה או מלחמה. דגמים עתידיים יוכלו אף לפעול באופן עצמאי, ללא מפעיל אנושי בתוך החליפה - "תוכל לפשוט את החליפה ולהורות לה להיכנס למבנה שאליו אינך מעוניין להיכנס בעצמך" אומר ג'ייקובסן.
 
לאחר מכן, בלובי של ריית'און סרקוס, אני מבחין בטלוויזיה דקה שמציגה סרטוני אנימציה אשר מתארים גרסאות עתידיות של החליפה. חיילים נושאים בעזרתה טילים כבדים על כתפיהם, מדלגים על קירות גבוהים, רצים במהירות בשדה הקרב ואף מבצעים גלגולים מרשימים לאחור. למרות שהם נתונים בחליפות XOS כבדות, הם זריזים כמו ספורטאים על המגרש. הם מזכירים מאוד את איש הברזל.
 
-----------
 
העורך והכתב גרגורי מון קרא את חוברות "איש הברזל" כבר מגיל 10.
 

      
אדם ומכונה
טייס הניסוי של השלד החיצוני, רקס ג'יימסון, מברך לשלום את היצרן של XOS, סטיב ג'ייקובסן. ג'יימסון מדגים את המגוון הרחב של התנועות והסיבולת הגבוהה [מימין]. מאחר והוא אינו חש בשום עומס כמעט, הוא יכול להחזיק כדורי באולינג במשקל של שבעה קילוגרמים במשך שעות, בקצה ידיו. בתיבה שעל הגב מותקנים המחשב ומערכת הבקרה של החליפה.
 

      
פופיולר סיינס באינטרנט
אתר חדש!
צפו בתמונות נוספות של חליפת XOS בפעולה בכתובת popsci.com/exoskeleton.
 

ציוד תקני: 2020
 
שלדים חיצוניים אינם מתגברים רק את הכוח הפיזי. שורה של טכנולוגיות חדשות יהפכו כל חייל או מגיב בחירום לגיבור על אמיתי - עם שריון חסין כדורים, חושים נוספים ויכולת לקפוץ לגובה של שישה מטרים.
 

      
להרים חמישה טון
פיתוח: המכון לטכנולוגיות ננו צבאיות [ISN] ב-MIT
השקה: 2018
הכימאי טימותי סווגר והמהנדס איאן הנטר פיתחו פולימר חדש שמתכווץ בדומה לאקורדיון בתגובה למטען חשמל. בהדמיה במעבדה פיתחו מנגנונים מחומר זה כוח גדול כמעט פי 100 משרירים טבעיים.
 
      
לשאת כל נשק
פיתוח: גורמים שונים
השקה: 2015
בהשוואה לווים הפשוטים שניתן למצוא כיום, בעתיד יצוידו החליפות במתקנים שונים, ובכלל זה מנגנונים בעלי שלוש אצבעות שמאפשרים להפעיל כלי נשק שונים או להחליף חוליות שנפגעו בזחלי טנק - משימה שמחייבת כיום מעין משאית גרר. הצבא יוכל למצוא פתרונות מתאימים במספר מעבדות.
 
 
לרוץ כמו אצן
פיתוח: MIT וריית'און סרקוס
השקה: 2013
יו הר, מדען אורתופדיה מ-MIT, מפתח קרסוליים, ברכיים וירכיים שחוסכים אנרגיה משום שהם מאפשרים לרגלי המפעיל להסתובב בחופשיות, כמו בהליכה רגילה, במקום לצרוך כוח בכל תנועה. ברית'און סרקוס מתכננים מחדש את הקרסוליים של חליפת XOS כדי לאפשר למפעיל לדחוף את כף הרגל בכל צעד, על מנת לפתח מהירות גבוהה מהנוכחית - שעומדת על 10 קמ"ש.
 
 
להתגונן מפני קליעים
פיתוח: ISN
השקה: 2018
השלד החיצוני יכול אמנם לשאת שריון כבד, אך כבר שוקדים על פיתוח של פיתרון קל יותר. נד תומס, מהנדס מ-MIT, מתכנן מחדש חומר עמיד בפני קליעים, בעל מבנה צפוף פחות מהקיים, אשר מבוסס על קשרים במקום על חיבורים צולבים. מניסויים ראשונים שנערכו במעבדה עולה שהתכנון לא רק חוסך משקל, אלא גם מגביר את העמידות.
 
 
לחבוש פצעים ולרפאם
פיתוח: ISN ומרכז נטיק של הצבא האמריקני למחקר, פיתוח והנדסה
השקה: 2018
כשהחייל נפצע, חיישנים שמותקנים בחליפה אלסטית מודדים את קצב איבוד הדם ומזינים חומר קרישה באמצעות רשת של ורידים מלאכותיים. כן מודדת החליפה את לחץ הדם וקצב פעימות הלב, כדי לאפשר לרופאים מרוחקים - ולחייל עצמו - לעקוב אחר המצב הרפואי.
 
       
לנטר סטטוס מערכות
פיתוח: הצבא האמריקני
השקה: 2013
צג שמותקן בקסדה של החייל מסייע לעקוב אחר מצב החייל, אספקת הכוח של החליפה ונתוני תקשורת, וכן מציג מידע שמתקבל מחיישנים שמנטרים את הסביבה ומחפשים, בין השאר, חומרים כימיים.
      
להזריק מנת אדרנלין
פיתוח: ריית'און סרקוס
השקה: 2009
שורה של אמצעי בקרה שמותקנים באמת היד מאפשרים למפעיל לבצע משימות שונות. לחצן לשחרור מהיר מאפשר, למשל, לחייל לזנק מתוך החליפה ולרוץ, בעוד שלחצן אחר יכול להעניק לרובוט "זריקת אדרנלין": מנת אנרגיה שמסייעת לבצע פעולות קצרות ותובעניות, דוגמת ריצה מהירה אל מחוץ לאזור סכנה. חיילים יוכלו גם להתאים את החליפה למשימות ממושכות, ולהבטיח יעילות מרבית בקצב מסוים.
 
 
איורים: ניק קלוטרקיס
צילום: האדי מיזבן / AP פוטו
 
 
 
מבט מאחור
 
      
אספקת כוח עצמית
פיתוח: ברקלי ביוניקס
השקה: השנה
בברקלי ביוניקס מפתחים מערכת שפועלת בכוח סוללה ומנצלת את הכוח של כל צעד כדי לטעון את עצמה - בדומה לאופן בו מנוצלת אנרגיית הבלימה במכוניות היברידיות. במקביל, בריית'און סרקוס עמלים על פיתוח מנוע שיפעיל את החליפה וישמש כתחנת טעינה לציוד אלקטרוני ואמצעי תקשורת של החיילים.
 
      
פינוי מאזורי סכנה
פיתוח: ריית'און סרקוס
השקה: 2010
בריית'און סרקוס ערכו ניסוי באב טיפוס של מעין פלטפורמה מתקפלת שעליה יכולים המגיבים הראשונים והרופאים בשדה הקרב להושיב חיילים פצועים בדרך למקום בטוח. אפילו על גב הגרסה הנוכחית של חליפת XOS ניתן לשאת בקלות אדם ששוקל כ-85 קילוגרמים.
 
ההיסטוריה המקוצרת של השלדים החיצוניים
 
פטנט ראשון על חליפה מכאנית נרשם כבר בשנת 1890, אבל השלדים החיצוניים - אמיתיים ופרי הדמיון - החלו להמריא רק לאחרונה
 
 
1966
ג'נרל אלקטריק תכננה את השלד החיצוני "הארדימן", אך מעולם לא הציגה את החליפה המלאה בפעולה.
 
1986
סיגורני וויבר מתגוננת מפני חייזרים בעזרת שלד חיצוני, בסרטי "הנוסע השמיני".
 
1987
מונטי ריד, שפרש מהצבא לאחר שגבו נשבר, מתחיל לפתח את Lifesuit כאמצעי לטיפול גופני. בשנת 2003 הוא לובש גרסה של החליפה לריצת 1,500 מטר.

 
מוזיאון שנקטדי ופלנטריום סוטס-בישה; פוקס המאה ה-20 / אוסף אוורט; מונטי ריד
 

 
1990
במכון קנגווה לטכנולוגיה ביפאן משתמשים ב-"חליפה לסיוע כוח" שעוזרת לאחיות לשאת מטופלים - משימה רווחת במדינה בה עולה שיעור הקשישים באוכלוסיה.
 
1998
סטלארק, אמן אוסטרלי שנעזר בטכנולוגיה באמירותיו החברתיות, מציג בהמבורג שבגרמניה "מכונה מהלכת" דמוית עכביש, בה שולט האדם.
 
2002
החברה היפאנית Cyberdine מציגה את HAL-3, גרסה מוקדמת של החליפה לגוף מלא HAL-5, שבין השאר מסייעת לאחיות לשאת מטופלים.

 
מלמעלה בכיוון השעון: צוות הביוניקה של ברקלי; יוריקו נקאו / קורביס; דומיניק לנדוור / סטלארק; קייג'ירו יממוטו / מכון קנגווה לטכנולוגיה
 

      
רגל חסכונית
טוד ג'ונסון, מהנדס חשמל הבכיר של סרקוס, מציג רגל מהדור הבא, שמסתובבת בחופשיות כמו רגל בשר ודם וצורכת פחות כוח.
 

 
ההיסטוריה המקוצרת של השלדים החיצוניים - המשך
 
 
2003
בסרט "מטריקס 3", חיילי ציון נלחמים כנגד המכונות בעזרת שלדים חיצוניים חמושים בנשק. ובכל זאת, רק ניאו מצליח להציל את המצב.
 
2004
השלד החיצוני של ברקלי לפלג הגוף התחתון [Bleex] מורכב משתי רגליים רובוטיות שנעות בהרמוניה עם הרגליים האנושיות של המפעיל וממסגרת דמוית תרמיל לנשיאת מטען.
 
2008
טוני סטארק, שאת דמותו מגלם רוברט דאוני ג'וניור, נעזר בשלד חיצוני שיורה אלומות לייזר מכפות הידיים.
 
מלמעלה בכיוון השעון: ג'ון בי. קארנט; אולפני פרמאונט / אוסף אוורט; אוניברסיטת קליפורניה בברקלי; אולפני האחים וורנר / אוסף אוורט
 
כך מרימים 90 קילוגרמים כאילו היו קילוגרם בודד
 
חליפת XOS פועלת כמעין תוספת לגוף האנושי. כשמכופפים את היד, סיבי השריר בזרוע העליונה מתכווצים ומושכים את הגידים שמניעים את אמת היד. בחליפת XOS, חיישן שמותקן בידית מגלה שהאדם מפעיל כוח. הנתונים עוברים למחשב שקובע כיצד להניע את השלד החיצוני על מנת לצמצם את הלחץ על ידי המפעיל. הפקודות עוברות לסדרה של שסתומים ששולטים על הזרימה של נוזל הידראולי בלחץ גבוה בצילינדרים שמותקנים במפרקים. הנוזל עובר לצילינדרים שמניעים כבלים שפועלים כגידים ומושכים את הגפיים הרובוטיות. XOS מצויד בכ-30 מנגנונים הידראוליים שכל אחד מהם שולט על מפרק אחר.

 

 

 





























































































































































































































































































































































































































 
 
היוצרים 1,  פינת המסגר א.ת. צפוני לוד,  71000  טל: 08-9155441                                                                                       
מה-טוב פתרונות המחשה בע"מ
 
דף הבית  |  על החברה  |  תיק עבודות  |  חדשות  |  מאמרים  |  צור קשר  |  מפת אתר  |  English
אוריון  -  שיווק באינטרנט | בניית אתרים