Njegove funkcije i karakteristike kod raznih životinja. Egzoskelet. Njegove funkcije i karakteristike kod raznih životinja Egzoskeleti za osobe s invaliditetom

Egzoskeleti povećavaju ljudsku snagu, povećavaju produktivnost i vraćaju izgubljene sposobnosti. Pomažu invalidima, olakšavaju rad u industriji i unapređuju vojsku.

Šta je egzoskelet

U doslovnom prijevodu s grčkog, egzoskelet je vanjski skelet. Automatski dizajn koji vraća izgubljene ili poboljšava postojeće tjelesne funkcije.

Sastoji se od izdržljivog okvira i pogona koji su odgovorni za kretanje. Takvi sistemi dupliraju rad mišićno-koštanog sistema, izračunavaju napor i sigurnost pokreta.

Egzoskeleti su pasivni i aktivni. Prvi ne povećavaju snagu i ne preuzimaju fizičku aktivnost, već je distribuiraju po cijelom tijelu. Aktivni modeli su fokusirani na tlo. Oni preuzimaju dio tereta na sebe. Na ovaj način korisnik podiže više utega – postiže se efekat povećanja snage.

Prvi egzoskeleti

Ideje o odijelu koje poboljšava sposobnosti potiču iz naučne fantastike. Principe na ovu temu formulisao je rusko-američki mašinski inženjer Nikolaj Jagn. Istina, stvar nije išla dalje od teorije. Jedina realizovana ideja bila je automatska naprava za opskrbu vodom parnih kotlova – “Stoker's Friend”.

Prvi egzoskelet napravljen je u Pentagonu. Sebe je nazvao Hardiman. Bila je to mašina sa velikim manipulatorom u koji ste morali da ubacite ruku da biste je kontrolisali. Nosivost mu je bila 110 kg, ali Hardiman nije donio ozbiljnu korist. Bio je prevelik i težak (680 kg).

Od 1980-ih godina pojavili su se obećavajući projekti. Devedesetih godina prošlog vijeka počela je proizvodnja u različitim zemljama. Kostimi su i dalje bili nezgrapni, ali su se približavali upotrebljivosti u stvarnom životu.

Danas se većina egzoskeleta proizvodi za medicinu, vojsku ili industriju.

Egzoskeleti za invalide

Exo GT

Egzoskelet za rehabilitaciju nakon moždanog udara i ozljeda kičmene moždine. Ekso GT je par robotskih nogu sa štakama za hodanje. Ugrađeni softver prikuplja statistiku o tome koliko energije se troši na svaki pokret robota i koje radnje osoba izvodi sama.

Hibridni pomoćni ekstremitet (HAL)

Dostupan za noge (HAL 3) ili za ruke-noge-torzo (HAL 5). Pomaže u podizanju tereta 5 puta više nego što osoba može. Potreban za rehabilitaciju paraliziranih osoba. Pogoni ovog egzoodijela pokreću se mišićnim impulsima. Osim osobama sa zdravstvenim problemima, HAL je koristan i za starije, građevinske radnike i hitne službe.

REX

Skelet za osobe s disfunkcijom nogu. Pomaže vam da hodate, ustajete, sjednete, penjete se stepenicama, krećete se unazad, pa čak i hodate po mjesecu. Korisnik njime upravlja preko kontrolne table i džojstika.

REX može eliminirati komplikacije povezane s dugim vremenskim periodima u invalidskim kolicima.

Phoenix

Exosuit za slobodno hodanje u slučaju paralize nogu. Vrlo se razlikuje od glomaznih modela iz posljednje decenije po veličini i težini (12 kg). To je moguće zahvaljujući upotrebi samo dva aktuatora na kukovima. Koljena su podržana u željenom položaju zahvaljujući sistemu zatezanja.

eLegs

Egzoskelet za osobe sa paralizom ili oštećenom funkcijom nogu. Težina – 20 kg. Pogodno za osobu visine 157-193 cm Brzina kretanja je oko 3 km/h.

Odijelo predviđa radnje pomoću senzora nagiba, na primjer, pomaže da se ustane iz invalidskih kolica kada se korisnik nagne naprijed i nasloni na štake.

ReWalk

Bionic exosuit za pacijente sa paralizom nogu. Pomaže vam da stojite, hodate i idete uz stepenice. Upravljanje se vrši preko daljinskog upravljača u vašoj ruci.

Vojni egzoskeleti

Ministarstva odbrane i vojno-istraživački instituti različitih zemalja od prošlog veka pokušavaju da razviju lagan, jednostavan i izdržljiv sistem za vojnike.

U Pentagonu to radi napredna razvojna agencija DARPA u Rusiji, od strane instituta i inženjerskih biroa koji rade u ime Ministarstva odbrane. Slični projekti su u toku u Kini, Japanu, Izraelu i evropskim zemljama.

XOS 2

Jedan od najpoznatijih egzoskeleta za vojsku. Njegov zadatak je povećati fizičke sposobnosti vojnika. Oklop nije uključen u opremu.

Odijelo pomaže u logistici i napadima. Dodaje snagu dovoljnu za nošenje teških tereta, uništavanje drvene grede i zidovi od cigle.

Talos

Ovo je jednodijelno odijelo. Ima funkcije oklopa i sistema za povećanje snage. Pomaže u borbi sa opremom do 45 kg. Odijelo prati vitalne znakove i čak zaustavlja krvarenje.

Sastav i specifične karakteristike opreme se obično ne objavljuju - Talos se prikazuje na tematskim izložbama uz opštu prezentaciju.

ExoHiker

Ovaj kostur nije pozicioniran kao vojni, ali je interesantan za vojsku. Njegov zadatak je da olakša nošenje teških ruksaka tokom planinarenja. ExoHiker je težak 14 kg, ali podiže 70 kg. Sa jednim punjenjem bez povezivanja solarne baterije, putuje 65 km brzinom od oko 4 km/h.

Industrijski egzoskeleti

H-Lex

Hyundai aparat za dizanje utega. Pogodan je za osobe sa ograničenom pokretljivošću, ali je nezgodan zbog velikih dimenzija. Stoga je glavni akcenat na radu u industriji. Gdje morate podići do 60 kg.

Chairless Chair

Ovaj egzostool je za one koji rade na nogama. Ublažava napetost mišića kada trebate da čučnete, čučnite ili dugo stojite. Pogodan za rad u radionici, na liniji za pakovanje, kuhinji, frizeru. Uređaj je fleksibilan i mobilan.

Exosuit

Dizajniran za ronioce, koji pomaže izdržati pritisak vode i niske temperature na dubini od 300 metara. U suštini, radi se o ojačanom ronilačkom odijelu teškom 240 kg sa četiri motora.

MS-02 PowerLoader

Robotsko odijelo za mnoge zadatke. Programeri predlažu korištenje u spasilačkim operacijama gdje je potrebno podizati predmete težine do 100 kg.

Sistem ima nekoliko manipulatora, a senzori se nalaze u tabanima "noga". Oni analiziraju ljudsko opterećenje u šest vektora i izračunavaju koliko mašinskog napora treba uložiti da bi se pomoglo.

MAX SuitX

Egzoskelet za utovarivače. Dizajn duplicira mišićno-koštani sistem, uklanjajući dio opterećenja s njega. Stalno visi na osobi u deaktiviranom stanju, ali automatski prepoznaje trenutak kada počne raditi i uključuje se.

Pomoćno odijelo AWN-03

Električni egzoskelet kompanije Panasonic za radnike u skladištu. Pričvršćuje se za ramena, kukove i donji dio leđa. Glavni zadatak je ukloniti opterećenje s kralježnice i leđnih mišića dok nosite teške predmete.

Ruski egzoskeleti

ExoAtlet

Ruski razvoj za rehabilitaciju pacijenata sa problemima nogu i kičmene moždine. Jedan od pilota i ambasadora ExoAtleta je paraolimpijski šampion u karlingu u invalidskim kolicima Vitalij Danilov.

Industrijsko odijelo od programera iz Perma. Prema proračunima, povećava produktivnost rada u inženjeringu, građevinarstvu i hitnom spašavanju za 2-5 puta.

ExoBelt

Pasivni egzoskelet kompanije ExoAtlant. Projekat je još u razvoju. Očekuje se da će ukloniti do 40% tereta sa leđa dok nosite teške predmete.

Prvi partner kompanije biće Sberbank. Egzoskelet će testirati zaposleni koji nose vreće zlata i drugih dragocjenosti

Egzoskeleti budućnosti

Industrija raste: uređaji se smanjuju u veličini, funkcije postaju šire. Modeli se ne pojavljuju samo za medicinu, industriju ili vojsku:

ARAIG

Egzoskeleton kontroler za igrače. Nije dizajniran da nosi teret ili poboljšava sposobnosti. Ovo odijelo uranja korisnika u realnost igre: mijenja temperaturu, simulira udar projektila, kontakt sa tlom i prepreke.

Odijelo koje je razvila Sjevernoatlantska svemirska agencija za astronaute. Potreban je za rad sa teškim utezima u uslovima nulte gravitacije.

Uređaj ima četiri pogona na kolenima i kukovima i šest zglobova. Programeri planiraju dodati još. Odijelo je pogodno za rad na ISS-u i održavanje mišićnog tonusa u nultoj gravitaciji - šalje podatke o astronautima doktorima na Zemlji.

Gdje kupiti egzoskelet i koliko košta

Cijena materijala čini egzoskelete skupim. Na primjer, ruski ExoAtlet košta više od milion rubalja. Odijela strane proizvodnje su mnogo skuplja. Na primjer, REX P – 9,5 miliona rubalja.

Proizvođači sa manje niske cijene. Tako Cyberdyne proizvodi HAL za ruke, noge i cijeli torzo, koji se može kupiti od 4.200 dolara.

Cijene uređaja bolje je saznati na web stranicama proizvođača, ali ovi su resursi prikladni i za opće informacije:

• TIU

Ljudi su pogledali dizajn egzoskeleta od insekata. I kao što praksa pokazuje, egzoskelet značajno povećava fizičke sposobnosti osobe. Egzoskelet djeluje na potpuno isti način kod insekata. Ali kako su mišići pričvršćeni za takav kostur i šta štiti organe?

Uprkos stvarnom prisustvu skeleta, insekti pripadaju klasi beskičmenjaka. Ljudski skelet, kao i mnogi sisari, nalazi se unutar tijela i uključuje kičmu, rebra i udove. Mišići su vezani za kosti skeleta, zbog čega se on kreće. Insekti su "okrenuti naopačke".

Kako su komarci ubili 52.000.000.000 ljudi?

Pčele vrište dok se sudaraju

Naučnici su snimili brujanje pčela i otkrili nešto neočekivano na snimku: kada se pčele sudare jedna s drugom u košnici, one ispuštaju određeni zvuk, nešto poput "ah!" ako se prevede na ljudski. Štaviše, češće se to dešava noću, kada su sve pčele „kod kuće“ i zauzete svojim „kućnim poslovima“. Poslušajte ovaj smiješan vrisak!

Postoje divovske crne pčele

Ekspedicija, koja je održana početkom 2019. godine, donijela je neočekivane rezultate

Uši su besmislene

Ova vrsta skeleta karakteristična je za člankonožace. Egzoskelet (kutikula) luči epidermis; ne sadrži ćelije i sastoji se uglavnom od hitin. Ovo je tvrdi vanjski omotač tijela, koji je izgrađen od međusobno povezanih ploča ili cjevastih formacija. Traheja, prednji (stomodeum) i zadnji (proktodeum) dijelovi digestivnog trakta također su obloženi hitinom. Hitin je jak, lagan materijal, ali može postati tvrd kada se ugradi sa "očvrslim" proteinima ili kalcizacijom (posebno kod vodenih rakova). U dijelovima skeleta koji moraju ostati pokretni, na primjer, na spoju ploča, hitin ostaje nepromijenjen. Ovaj dizajn ploča ili cijevi povezanih fleksibilnim folijama pruža i zaštitu i mobilnost.

Člankonošci su jedina grupa beskičmenjaka koja ima zglobne udove, koji se sastoje od poluga povezanih zglobovima. Ove poluge pokreću mišići fleksora i ekstenzora koji su pričvršćeni za unutrašnje izbočine egzoskeleta (slika 17.1). Budući da je hitin propustljiv za vodu, kopneni člankonošci kao što su insekti mogu biti izloženi riziku od isušivanja. Međutim, to se ne događa zahvaljujući epikutikuli - sloju nalik vosku koji luče žljezdane stanice epiderme i izvode ga na površinu kroz kanale (slika 4.33). Dakle, egzoskelet ne služi samo kao podrška i zaštita za unutrašnje organe, već i štiti tijelo od dehidracije.

Za takve male životinje kao što je većina člankonožaca, egzoskelet šupljih cjevastih elemenata služi kao vrlo zgodna potporna i lokomotorna struktura; cijev može, bez savijanja, izdržati znatno veća opterećenja od gustog cilindra iste mase. Međutim, kako se veličina i težina životinje povećavaju, takva organizacija postaje manje zgodna - da bi se održala dovoljna snaga, debljina i masa egzoskeleta bi se morale toliko povećati da bi se na kraju ispostavilo da je pretežak i glomazan.

Rast se javlja kada molts- kod insekata u juvenilnom stadiju (larve ili nimfe), i kod rakova u odraslom dobu. U određenom trenutku stari egzoskelet se osipa (linja) i otkriva se novi - mekan i rastegljiv. Životinja raste dok nova kutikula još nije očvrsnula, zahvaljujući svojoj sposobnosti rastezanja i povećanja veličine, što je često praćeno promjenom oblika. Na kraju novi egzoskelet postaje krut, ali do tada je životinja ranjiva na grabežljivce. U tom periodu skelet nije u stanju da izdrži težinu tijela i bilo kakav pokret je praktično nemoguć. Za vodene životinje ovaj problem nije toliko ozbiljan, jer im voda pomaže da izdrže svoju tjelesnu težinu, ali tijekom perioda linjanja, i vodene i kopnene životinje imaju tendenciju da se skrivaju u skloništima kako bi smanjile rizik da ih grabežljivac zgrabi. Linjanje je proces koji zahtijeva značajnu potrošnju energije (prvenstveno za izgradnju novog egzoskeleta) i povezan je s gubitkom materijala kada se stara kutikula odbaci.

). Vezivanje hitina sa drugim hemijskim jedinjenjima može dovesti do promena u svojstvima egzoskeleta. Dodavanjem mineralnih soli, na primjer (posebno soli kalcija), egzoskelet može postati tvrđi, kao kod rakova. Isti efekat ima i protein. Ovo stvara mogućnost širokog spektra egzoskeleta u smislu tvrdoće, elastičnosti, 

     Još jedan važan nutrijent, silicijum, koriste dijatomeje (skupina fitoplanktona) za izgradnju svog egzoskeleta. Dijatomeje su sposobne za brz i obilan rast u uslovima bogatim nutrijentima. Rijeke su umjerene 

Mnogi polisaharidi služe kao izvanćelijski potporni elementi u ćelijskim zidovima jednoćelijskih mikroorganizama i viših biljaka, kao i na vanjskoj površini životinjskih stanica. Drugi polisaharidi se nalaze u vezivnom tkivu kralježnjaka i egzoskeletu artropoda. Strukturni polisaharidi štite ćelije, tkiva i organe, daju im oblik i održavaju ga. 

Izdržljive, nerastvorljive ljuske ili egzoskeleti jastoga, rakova i mnogih insekata izgrađene su prvenstveno od polisaharida hitina, linearnog polimera formiranog od ostataka N-acetil-O-glukozamina koji su međusobno povezani P-vezama 

Prisutnost egzoskeleta povezana je s dvije štetne posljedice. 

Konačne dimenzije tijela su ograničene jer, kao što je spomenuto u prethodnom dijelu, kako se veličina tijela povećava, odnos površine i zapremine se smanjuje. Dimenzije egzoskeleta zavise od površine, dok masa životinje zavisi od zapremine. Zglavkonožac veličine slona ili ne bi mogao izdržati svoju masu, ili bi egzoskelet bio toliko masivan da se životinja ne bi mogla kretati. (Još jedno važno ograničenje nametnuto veličini insekata odnosi se na mehanizam disanja, koji se provodi uglavnom 

     Rast se javlja tokom linjanja - kod insekata u juvenilnim fazama (larve, nimfe), i kod rakova u odraslom dobu. U određenom trenutku stari egzoskelet se osipa (linja) i otkriva se novi - mekan i rastegljiv. Životinja raste dok nova kutikula još nije očvrsnula, zahvaljujući svojoj sposobnosti rastezanja i povećanja veličine, što je često praćeno promjenom oblika. Na kraju novi egzoskelet postaje krut. Ali do tada, životinja je ranjiva na grabežljivce. U tom periodu skelet nije u stanju da izdrži tjelesnu težinu, a bilo kakvo kretanje je praktično nemoguće. Za vodene vrste ovaj problem nije toliko ozbiljan, jer im voda pomaže u održavanju tjelesne težine, međutim, tijekom perioda linjanja, i vodene i kopnene životinje imaju tendenciju da se skrivaju u skloništima kako bi smanjile rizik da ih grabežljivac zgrabi. 

Nalazi se unutar tijela, a mišići se nalaze izvan njega (za razliku od egzoskeleta u kojem su mišići pričvršćeni i smješteni unutar njega). 

Insekti imaju egzoskelet, o čijoj vezi s mišićima i kretanjem se govori u odjeljku. 18.1.3. 

Ovakav način kretanja osiguran je koordinisanim radom tri para udova (noga za hodanje) – po jedan par na svaki od tri torakalna segmenta. Svaka noga je sistem šupljih cilindara sa zidovima od tvrdog hitina (slika 18.1). Na spojevima su ovi cilindri međusobno povezani fleksibilnim membranama. Artikulacija kokse (proksimalni segment noge insekta) sa tijelom je tip loptastog zgloba, svi ostali zglobovi noge su u obliku bloka. Savijanje i ispravljanje nogu vrše mišići antagonisti - fleksori i ekstenzori, koji su pričvršćeni za unutrašnju površinu egzoskeleta sa obe strane zgloba (slika 18.1). 

Egzoskelet je prekriven vodootpornim slojem nalik vosku koji smanjuje gubitak vode s površine tijela. 

Iako na prvi pogled člankonošci malo liče na crve, nakon bližeg upoznavanja postaje jasno da oba imaju zajednički plan strukture (slika 2.4). Stoga možemo govoriti o evolucijskoj liniji anelida - člankonožaca. Osim egzoskeleta i pokretnih udova, člankonošci se razlikuju od anelida po nekoliko drugih važnih karakteristika. Segmenti su kombinovani u odvojene delove tela - glavu, grudi i stomak (ne računajući segmentirani deo repa). Naravno, ista imena se koriste i za opisivanje tjelesnih planova viših kralježnjaka. Kod člankonožaca dolazi do daljeg povećanja veličine (i važnosti) glave. Ova tendencija se obično naziva cefalizacija. Konačno, udovi su specijalizirani za obavljanje različitih motoričkih funkcija. Većina ovih karakterističnih karakteristika je šematski prikazana na Sl. 2.4. 

Sklerotini su polimerne supstance najkarakterističnije za egzoskelet artropoda. Oni su odgovorni za stvrdnjavanje i povezano potamnjenje kutikule kod mnogih vrsta insekata. 

Baš kao u različite grupe U organizmima nalazimo različita anatomska rješenja za iste probleme adaptacije (na primjer, korištenje endoskeleta u hordata i egzoskeleta u člankonožaca), a strategija biohemijske adaptacije na bilo koji vanjski faktor može uvelike varirati kod različitih organizama. To se nesumnjivo odnosi i na prilagođavanje mehanizama izlučivanja na nedostatak vode. 

Hitinski egzoskelet, ponekad sa vapnenačkim inkluzijama, može biti tvrd, izdržljiv ili fleksibilan. Svaki segment, po pravilu, nosi par zglobnih udova koji obavljaju funkciju kretanja, sticanja hrane ili senzornog organa.  

Egzoskelet ograničava rast životinje. Ovaj problem se prevazilazi periodičnim linjanjem (ekdiza). Međutim, dok se kutikula ne stvrdne, životinja je vrlo ranjiva na grabežljivce, pa se insekti obično skrivaju u skloništima do kraja linjanja. 

Zaptsgga. Neke životinje, kao što su člankonošci (Odjeljak 18.1.3), imaju egzoskelet, ili vanjski skelet, koji štiti osjetljive unutrašnje organe. Kod drugih životinja ovu funkciju obavljaju dijelovi endoskeleta ili unutrašnjeg skeleta (odjeljak 18.1.4). Kod ljudi, na primjer, lobanja pruža zaštitu mozgu i osjetilnim organima (vid, miris, ravnoteža i sluh), kičma štiti kičmenu moždinu, a rebra i sternum štite srce, pluća i velike krvne žile. 

Za takve male životinje kao što je većina člankonožaca, egzoskelet napravljen od šupljih cjevastih elemenata služi kao vrlo zgodan oslonac i lokomotorna struktura, bez savijanja, može podnijeti znatno veća opterećenja od gustog cilindra iste mase. Međutim, s povećanjem veličine i mase životinje (odjeljak 2.8.6), takva organizacija postaje manje zgodna - da bi se održala dovoljna snaga, debljina i masa skeleta bi se morale toliko povećati da bi se na kraju pretvorio da bude preteško i glomazno. 

Pojedini dijelovi endoskeleta, kao i dijelovi egzoskeleta, artikulirani su zglobovima, iako složenijim. Ima ih nekoliko