Af Aksel Brinck, Alt om Data
Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.
Listen over filmhelte, der bliver muskelsvulmende stærke uden at overanstrenge sig, er nærmest uendelig. Exoskeletter er en af filmhistoriens mest populære specialrekvisitter. Engang var det måske nok bare en fantasi. Men det er det bestemt ikke længere. Exoskelettet findes på vores side af filmlærredet.
Det har faktisk været her i årtier, men det er først nu, at teknologien kan løfte det op på et niveau, hvor det ikke blot er lidt bedre end en gimmick. Nu kan du løfte jern med exoskeletter, og de kan få lamme til at gå.
Det moderne exoskelet er en slags robot. Den bevæger sig ikke rundt for sig selv, men sidder i stedet uden på en menneskelig krop, hvor den forstærker eller skaber bevægelser. Exoskeletter har en lang historie bag sig – de første umulige forsøg blev gjort i slutningen 1800-tallet.
Det moderne exoskelet, som ikke bare understøtter bevægelser, men selv aktivt kan skabe dem baseret på sensorinformationer, er dog ret nyt. Først de senere år er teknologien blevet så hurtig og så integreret, at man kan opsamle signaler fra den menneskelige krop og omdanne dem til data, der præcist kan styre eksempelvis små, elektriske stepmotorer. Det er denne type, der har skabt fornyet interesse for at udvikle exoskeletter, som kan bruges til helt nye funktioner.
Indbygget i undertøj
Exoskeletter har som så meget andet taget de største skridt fremad inden for militærindustrien. Men også exoskeletter til handicappede, der er lammede, og for eksempel ikke kan gå, er ved at blive en stor industri. Nyere er exoskeletter, som anvendes på arbejdspladser, for eksempel til tungt eller gentaget arbejde i industrien. Her kan skeletterne gøre det muligt gentagne gange at løfte tunge ting, som ellers ville kunne føre til alvorlige arbejdsskader.
Bilindustrien er et af de steder, hvor der eksperimenteres med exoskeletter, i Europa benyttes italienske Comaus exoskeletter blandt andet på to af Audis fabrikker i Tyskland. Også Ford tilbyder medarbejderne på amerikanske samlefabrikker exoskeletter. Her benytter man en aktiv model fra det californiske firma Ekso Bionics, hvor armbevægelser forstærkes af en indbygget drivkraft.
Her er al elektronik indbygget i et sæt undertøj. Seismics måske banebrydende exodragt ventes på markedet i løbet af i år.Læser muskelstød
Et amerikansk firma, Seismic, har valgt at fokusere på en helt ny målgruppe: De raske. Her bliver små elektriske motorer, hård computerkraft og et integreret sensornetværk integreret i undertøj, som giver ekstra styrke.
I modsætning til traditionelle exoskeletter er denne løsning så diskret, at man næsten ikke kan se teknikken. Det betyder, at du kan gå længere, spille bedre tennis og holde dig oprejst længere. Dette produkt ventes på markedet her i løbet af 2019.
Aktive exoskeletter af denne type forstærker eller skaber som regel bevægelse ved at aflæse muskelbevægelser. Musklerne trækker sig sammen, når de modtager et elektrisk signal fra hjernen. Dette signal kan aflæses af en såkaldt EMG-sensor (elektromyogram).
Det rå EMG-signal består af en række effektspidser, hvis styrke afhænger af den mængde kraft musklerne leverer. Jo stærkere musklen trækkes sammen, des større er EMG-signalets amplitude. Denne information kan videresendes til exoskelettets kontrolenhed og dermed udløse hjælpende bevægelser i exoskelettets led.
Onyx-skelettet fra Lockheed Martin skal gøre det nemmere for tungt lastede soldater at bevæge sig hurtigt frem i felten.Denne metode kan dog ikke hjælpe alle handicappede. For hvis det elektriske signal til musklerne aldrig når helt frem – og det er ofte årsagen til lammelser – er der ikke noget signal at aflæse.
Derfor arbejdes der på at udvikle exoskeletter, hvor signalet aflæses direkte fra hjernen. Udfordringen er så både at finde præcis det signal, som kontrollerer en bestemt muskel og at registrere det – vi er nede i meget lave spændinger, under 100 mV.
Ofte vil der være behov for sensorer, der skal indopereres og være i kontakt med vævet, hvilket kan føre til betændelsestilstande, eller man risikerer andre helbredsmæssige trusler. På Melbourne Universitet i Australien har man eksperimenteret med en metallisk stent – et lille net. Den indsættes i halspulsåren gennem et lille snit. Herfra glider stenten op til et blodkar i hjernen, hvor den kan registrere elektriske signaler fra hjerneceller i nærheden på ydersiden af blodkarvæggen.
Metoden har i forsøg vist sig at fungere på får. Nettet skaber ikke arvæv, sådan som elektroder kan gøre. Stadig er elektroder dog den mest almindelige måde at aflæse hjerneaktivitet på – også til exoskeletter – for selvom sensorer er et større, fysisk indgreb, leverer de også et stærkere signal.
Servomotorer er svaret
En anden af de store udfordringer ved exoskeletter er at frigøre dem fra elektriske ledninger. I dag er det svært at finde tilstrækkelig lette batterier, der varer mere end et par timer, hvis de alene skal drive et fuldt kropsdækkende exoskelet. Ved industriarbejde er dette ikke nødvendigvis den store udfordring – men til handicappede eller til militært brug kan energiproblemet ofte vise sig som noget af en showstopper.
Lige nu er der ingen god løsning på det, bortset fra mindre energikrævende motorsystemer til at drive bevægelserne i skeletternes led. Her vinder den eldrevne servomotor frem. For den bruger mindre energi end hydrauliske ”muskler” (vandbaseret) eller pneumatiske muskler (gasbaseret), der også begge er farlige, hvis de skulle lække eller endda eksplodere.
Ekso Bionics har udviklet et exoskelet, som kan styrke industriarbejdere, der har mange gentagne bevægelser.De forskellige udfordringer har dog ikke stoppet den eksplosive udvikling af exoskeletter inden for sundhedssektoren. Blandt de mest populære exoskeletter er japanske Cyberdynes Hybrid Assistive Limb, der efterhånden er ret udbredt inden for genoptræning af mennesker, der er blevet lammet i den nedre del af kroppen. Exoskelettet dækker den nedre del af kroppen og støtter ryggen og benene. Dets sensorer placeres uden på huden tilstrækkelig tæt på de muskler, der skal hjælpes.
Alene ved at tænke på at gå sætter patienten exoskelettet i bevægelse. Efterhånden lærer brugeren, hvordan exoskelettet reagerer på bestemte tanker og bliver med tiden bedre til at styre det ydre skelet og dermed sine egne ben.
5 berømte film med exoskeletter
1 Starship Troopers. Science fiction-film fra 1959.
2 Aliens. Science fiction-film fra 1986.
3 The Matrix Revolutions.
Science fiction-film fra 2003.
4 Iron Man. Superheltefilm fra 2008.
5 Edge of Tomorrow. Krigsfilm fra 2014.
Stærkere soldater
Militæret er dog stadig en aktiv aktør på exoskeletmarkedet. Forleden tegnede det amerikanske militær en kontrakt med Lockheed Martin på 7 millioner dollar. Det gav adgang til en række Onyx-skeletter, som soldater kan have uden på deres uniform. Oprindelig er skelettet udviklet af det canadiske firma B-Temia som en hjælp til mennesker med for eksempel sklerose og Parkinsons syge.
Der er tale om en motoriseret vandringsassistent, som den moderne soldat kan få stor glæde af i felten. Ofte er han nemlig overlæsset med tunge våben og bagage. Med skelettet uden på kroppen fra livet og ned, kan soldaten bevæge sig mere frit og udholde længere distancer. Indtil videre er det kun et forsøg. Og 7 millioner dollar rækker heller ikke langt. For handicapversionen af exoskelettet koster cirka 30.000 dollar, og man må forvente, at soldaterversionen er endnu dyrere.
Dette exoskelet fra japanske Cyberdyne kan styres med tankens kraft, og det bruges til genoptræning.Trods høje priser – og den lidt eksperimentelle atmosfære, der hænger over mange exoskelet-projekter – har teknologien store fremtidsudsigter. Ifølge analysevirksomheden ABI Research skal vi forvente, at der i 2028 sælges for knap 40 milliarder kroner exoskeletter i verden. Det er cirka 30 gange så meget som i år.