Представьте, что вы стали в два раза сильнее и выносливее. Захотелось?

Именно это обещают производители экзоскелетов — рассказываем, насколько они хороши и какой лучше купить

На церемонии открытия Олимпийских игр — 2024 в Париже парализованный теннисист Кевин Пиетт пронес олимпийский огонь с помощью роботизированного экзоскелета Wandercraft. Без него спортсмен не сделал бы ни шага. Сейчас подобных устройств существует уже много десятков, и далеко не все они предназначены для парализованных людей. Компании-разработчики экзоскелетов все чаще обещают улучшить и жизнь здоровых людей: представьте, что вы сможете идти без остановки не пять, а десять часов, и без проблем поднимать тяжести при переезде — стоит ли приобрести устройство, которое дает такие возможности? Это сложный вопрос, ведь современные экзоскелеты все еще очень несовершенны и имеют значительные недостатки. «Медуза» рассказывает, какими они бывают и действительно ли могут облегчить жизнь.

Экзоскелеты кажутся устройствами из будущего, но на самом деле им более ста лет — а первое такое устройство придумали в Санкт-Петербурге

Экзоскелеты бывают разными, например, активными, которые могут сами двигаться, и пассивными — это конструкции, поддерживающие тело и снимающие нагрузку. Кроме того, различают твердые экзоскелеты, сделанные на основе жестких каркасов, и экзокостюмы — такие делают из мягких материалов, например, специального текстиля и гибких полимеров.

Активный экзоскелет состоит из каркаса, приводов, которые помогают двигаться — они размещены на месте суставов, датчиков, собирающих информацию о движениях человека, системы управления, обрабатывающей данные и передающей команды на приводы, и аккумулятора. Последний обычно спрятан в рюкзаке, который пользователь носит за спиной. Такое устройство работает синхронно с движениями человека.

В пассивном экзоскелете нет приводов, но есть шарниры — так его части двигаются вместе с человеком. А еще в них обычно есть пружины или амортизаторы, которые накапливают механическую энергию и могут возвращать ее, когда нужно — это помогает движению. Упрощенно принцип работы можно описать так: во время наклона пружина или резиновая лента растягивается, а потом возвращается на место, облегчая человеку подъем с грузом в руках.

История экзоскелетов началась больше ста лет назад. Первое похожее на них устройство разработал российский инженер из Санкт-Петербурга Николай Ягн в 1890 году. На практике изобретение не использовали, однако идеи, заложенные в нем, легли в основу других устройств, например джамперов — это спортивные снаряды, напоминающие ходули, но с пружинами, позволяющими высоко прыгать.

Около 1965 года американская компания General Electric начала конструировать Hardiman — экзоскелет для всего тела, помогающий поднимать тяжелые предметы. Эту и последующие модели должны были применять и в военных целях. Первые же реабилитационные экзоскелеты для помощи при ходьбе появились в конце 1960-х годов в Институте Михайло Пупина в Сербии.

Однако все первые модели были громоздкими и не подходили для реального использования — их можно считать прототипами. Только в начале XXI века люди научились делать действительно работающие экзоскелеты и экзокостюмы.

Экзоскелеты для реабилитации. Такие в основном используют, чтобы помочь людям снова научиться ходить после инсульта или травмы. Также они могут вернуть возможность движения парализованным людям. Есть устройства для всего тела, а также только для верхней или нижней его частей.

Один из первых экзоскелетов для помощи в ходьбе Lokomat выпустили в 2001 году, его до сих пор можно встретить в больницах и реабилитационных центрах по всему миру. В 2010-м появились экзоскелеты для полностью парализованных людей, чтобы те могли покидать инвалидную коляску и ходить с поддержкой устройства. Сейчас в списке экзоскелетов, одобренных американским регулятором FDA, уже больше дюжины устройств. В других странах сфера тоже развивается. Например, в Корее выпускают медицинские экзоскелеты WolkOn SUIT, помогающие ходить со скоростью 3,2 км/час.

В России тоже есть подобные устройства — например, «ЭкзоАтлет» для людей с нарушением движений в ногах. Он в основном предназначен не для постоянной ходьбы, а для тренировок в процессе восстановления — оценить его эффективность сложно, так как по устройству нет качественных исследований. Впрочем, эта проблема касается всех реабилитационных экзоскелетов — пока слишком мало данных, чтобы сказать, насколько они помогают людям снова начать ходить самостоятельно. Также пока нельзя сказать, что экзоскелеты для решения этой задачи эффективнее, чем специальные физические упражнения.

Однако с помощью экзоскелетов полностью парализованные люди действительно могут не просто ходить, но даже участвовать в спортивных соревнованиях. Например, Адам Горлицкий, основатель движения I got less, помогающего людям вернуться к полноценной жизни после тяжелых травм, попал в аварию в 2005 году, в результате его ноги перестали двигаться. В 2015-м он научился пользоваться экзоскелетом ReWalk, а год спустя участвовал в нем в забеге на около 10 километров. Адам прошел дистанцию за почти 7 часов. С того времени он участвовал еще в более чем 50 забегах по шоссе.

Основатель компании ReWalk (сейчас она называется LifeWard) и изобретатель ее экзоскелетов — доктор Амит Гоффер — тоже потерял способность передвигаться после аварии. Сам он не может пользоваться такими устройствами, так как последствия его травм слишком тяжелы, но их применяют уже более тысячи человек по всему миру.

Экзоскелеты для рабочих. В 2022 году на рабочих местах по всему миру использовалось около 93 тысяч экзоскелетов. Ожидается, что к 2030 году эта цифра увеличится в семь раз. Устройства применяют в разных областях, в основном чтобы облегчить человеку подъем и перемещение тяжестей.

На заводах или складах экзоскелеты для всего тела не распространены из-за их громоздкости, ограничений и дороговизны. Обычно применяют устройства для верхней или нижней части тела, чтобы помогать работникам с определенными типами задач. Также чаще используют не активные, а пассивные экзоскелеты — активные для этого обычно слишком сложны и дороги.

Пассивные промышленные экзоскелеты нужны, чтобы снять нагрузку с мышц или позвоночника человека, уберечь от травм из-за постоянного выполнения одних и тех же движений, например сгибания туловища, приседаний и наклонов. Еще они часто помогают людям перемещать тяжести — некоторые могут поднимать до 25 килограмм. То есть основная цель промышленных экзоскелетов — снижение травматизма и усталости, а не наделение работников сверхчеловеческой силой.

Таких рабочих моделей уже выпускают много и достаточно разных. Например, итальянская компания Comau производит экзоскелеты для поддержки верхней части тела и поясницы: их используют для работы с грузами и сборки устройств или мебели; а пассивный экзоскелет от американского производителя HeroWear помогает наклоняться и приседать. Активные экзоскелеты для верхней части тела, по заявлениям производителей, могут сделать груз для человека на 40% легче — такие, например, есть в США и Германии. Российский производитель EKZO Solutions выпускает похожие устройства для защиты спины при подъеме тяжестей и длительной работе с весом в поднятых руках.

А в марте 2019 года врачи в южнороссийской больнице впервые провели 12-часовую операцию в экзоскелетах ExoChair, предназначенных для поддержки нижних конечностей и тазовой области.

Пока мало данных, чтобы однозначно говорить о пользе экзоскелетов для работы, хотя исследования, проведенные производителями, и показывают, что они снижают уровень травм.

Экзоскелеты для спасателей и пожарных. Пожарные и другие спасатели часто вынуждены много передвигаться, двигать тяжелые предметы, переносить людей. Экзоскелеты могут им в этом помочь.

Так как в этой сфере к безопасности и удобству устройств самые высокие требования, большинство разработок находится на уровне прототипов или только тестируется в рабочих условиях. Например, летом 2024 года прошли испытания экзоскелета компании Gogoa Mobility Robots. Он помогает поднимать тяжести и подходит для спасательных операций после ДТП или стихийных бедствий. Система управления с искусственным интеллектом может автоматически регулировать объем необходимой помощи. Схожий экзоскелет разрабатывает немецкая компания Auxsys.

Экзоскелеты в военных целях. Одной из последних масштабных попыток внедрить экзоскелеты в армейскую практику в США был штурмовой костюм TALOS, разработанныйв начале 2010-х годов. Он должен был повысить выносливость солдат до сверхчеловеческого уровня, но оказался слишком сложным, чтобы его можно было применять в бою.

Тем не менее в последнее время США постепенно возвращаются к испытаниям военных экзоскелетов после длительных неудач. В основном сейчас испытывают аппараты попроще, помогающие переносить тяжести. Американские военные носят на себе до 70 килограмм грузов — и такие устройства должны им в этом помочь.

В России боевые экзоскелеты тоже пытаются разработать около 15 лет — сейчас существуют пассивные модели без двигателей, помогающие носить тяжелые грузы и снимающие нагрузку на позвоночник. Пока их распространение в армии ограничено, но военные уже могут купить такой экзоскелет в личное пользование за 150 тысяч рублей. Производитель уверяет, что продукция протестирована во время войны в Украине, а также обещает помощь в льготных закупках через руководство оккупированных регионов.

Все современные военные экзоскелеты очень далеки от костюма Железного человека и не дают сверхчеловеческих возможностей — но как только на рынке появятся более легкие и эффективные двигатели, а также мощные источники питания, устройства из фантастических романов могут стать реальностью.

Что уже сейчас могут купить себе обычные люди: краткий обзор

Экзоскелетов для здоровых людей — например, облегчающих прогулки и тренировки — пока очень мало, но некоторые уже можно заказать. Вот какие модели есть на рынке.

Hypershell X Series. Это устройство, которое крепится на поясницу и ноги, помогая их движениям. По заверениям производителя, устройство снижает расход энергии на ходьбу на 30%. Весит экзоскелет 1,8 килограмма, зарядки хватает почти на 18 километров, а система управления работает на основе искусственного интеллекта. Стоит от 800 долларов — это без учета доставки.

Dnsys X1. Похожая модель от китайского стартапа. В технических характеристиках устройства — заявленная экономия 50% энергии, запас хода на 25 километров и система управления на основе ИИ. Экзоскелет предназначен для бега, ходьбы по пересеченной местности, фитнеса. Компания уже собрала деньги на краудфандинговой платформе — чуть больше 2,6 миллиона долларов — и начала доставлять свои экзоскелеты спонсорам. В прошлом году журналист Wired протестировал прототип, и, по его мнению, устройство плохо помогает в ходьбе: «Мне как активному человеку без очевидной потребности в экзоскелете все это казалось довольно бессмысленным с самого начала. Он явно что-то делал, когда я ходил и бегал, но на самом деле для меня он был скорее неудобством, чем усилителем мощности. Он тяжелый, и я все время это осознавал». Однако такой экзоскелет может быть полезен для тех, кто восстанавливается после травм. Чтобы получить модель, нужно было пожертвовать от 750 долларов.

Arcʼteryx MO/GO. Это скорее экзокостюм — брюки с приводами у коленных суставов, которые весят около 900 грамм. По заявлениям производителя, они предназначены для облегчения передвижения в горах, где увеличивают силу на подъемах на 40% и защищают колени при спусках. Стоят «электробрюки» от 5 000 долларов. Недавно их опробовал журналист The Verge. По его словам, устройство действительно помогало подниматься по лестницам, но движения искусственных суставов были недостаточно плавными и ограничивали движения на спусках.

Againer. Экзоскелет для катания на лыжах. Состоит из двух устройств на левую и правую ногу. Помогает лыжникам скользить и делать повороты. Стоит почти 900 долларов. Судя по отзывам на сайте производителя, такой экзоскелет помогает кататься дольше и уменьшает усталость после катания. Аналогичный продукт выпускает французская компания — называется Ski-Mojo. Он подходит и для сноуборда. Стоит 700 евро.

Почему мы уже сейчас не видим людей в экзоскелетах на улицах?

Разработать функциональный экзоскелет, который действительно будет полезен людям, особенно здоровым, очень непросто. На платформах краудфандинга вроде Kickstarter много провалившихся проектов — и далеко не все закрылись из-за недостатка финансирования. Например, проект Sportsmate 5, на который пользователи пожертвовали больше 200 тысяч долларов, так и не смог дойти до выпуска устройства. По неизвестным причинам компания прекратила разработку и в 2025 году начала возврат денег спонсорам.

Люди с серьезными ограничениями или ради выполнения рабочих задач могут мириться с некоторыми неудобствами, но если представить экзоскелет как часть жизни обычного человека — например, средство для эффективных тренировок или передвижения, — возникает несколько проблем, которые надо решать. Разберемся с некоторыми.

• Источник питания. Экзоскелет должен получать энергию: чем сильнее конструкция помогает человеку двигаться, тем больше нужно энергии. Для длительной работы необходимы большие и тяжелые аккумуляторы. Их также нужно периодически заряжать. Это может быть незначительной проблемой, если устройство используют для бытовых нужд — например, для перемещений по квартире. Но если речь идет о длительных походах, потребность в зарядке становится серьезным недостатком — нужно нести с собой батареи весом несколько килограмм, а если устройство разрядится, оно тоже станет лишним грузом.
• Вес экзоскелета. Многиеметаллические конструкции слишком тяжелые, а устройства из мягких и легких сплавов вроде алюминия легко ломаются. Чтобы сделать устройства одновременно легкими и прочными, производителями необходимо экспериментировать с новыми материалами, — например, углеволокном. Медицинские экзоскелеты, которые напоминают футуристические устройства, способные «ходить за человека», неизбежно очень массивны. Так, экзоскелеты, поддерживающие нижние конечности, весят около 15-20 килограмм, а те, которые помогают всеми телу, еще больше.

• Движение экзоскелета. Человеческие суставы часто могут двигаться в разных плоскостях — мы к этому привыкли, но повторить такое с помощью экзоскелета сложно. Мало того, что в идеале сочленения устройства должны двигаться так же, как сустав, эти движения еще должны быть синхронны с человеческими и согласованы между собой. Такую функционально сложно реализовать, поэтому у существующих моделей обычно ограниченный объем движений — разработчики для облегчения веса максимально упрощают конструкции. Например, шаровидный тазобедренный сустав человека может двигаться вперед-назад и вправо-влево, а еще вращаться вокруг своей оси. В экзоскелете обычно будут только первые два движения. Поэтому они значительно улучшают жизнь людей с ограниченными возможностями — любая возможность двигаться лучше, чем ничего, но при этом устройства неудобны для людей без таких проблем.
• Управление экзоскелетом. В идеале устройство должно как бы «угадывать», какие движения будет совершать человек, и двигаться синхронно с ним. Проблема в том, что у каждого человека набор движений во время ходьбы уникален — его называют индивидуальным шаблоном походки. Экзоскелет должен эффективно имитировать этот естественный шаблон. Для этого ему надо считывать сигналы от мышц, потом правильно их интерпретировать, чтобы точно рассчитать мощность и направление движения. Кроме того, человек тоже должен учиться двигаться в устройстве — особенно в том, что предназначено для всего тела. Обычно его нельзя просто надеть и пойти — в сложных случаях на обучение требуются десятки часов. Чтобы ускорить процесс, уже сейчас используют системы искусственного интеллекта, заранее обучая их.

В будущем, вероятно, мы придем к нейроинтерфейсам, связывающим мозг с экзоскелетом напрямую — так он будет получать сигнал о движении одновременно с мышцами тела. Попытки создать такие экзоскелеты уже были. Например, в 2017 году французскому пациенту, парализованному ниже плеч, имплантировали под кожу головы устройства, воспринимающие электрические сигналы коры головного мозга и передающие их экзоскелету. Исследование продолжалось два года, все это время он мог управлять некоторыми движениями экзоскелета. Пока такие технологии продолжают тестировать — имплантировать нейрочипы сложно, как и управлять с их помощью не менее сложными экзоскелетами.

Придумывают и другие способы улучшить управление экзоскелетами. Например, ученые из Кореи и США в начале 2024 года разработали эластичный «пластырь», который «приклеивается» к коже с помощью тончайших игл. Он улавливает мельчайшие сокращения мышц и отправляет их системе управления устройством, помогая ей лучше реагировать на движения человека. Однако пока это устройство находится на этапе тестирования.

Правда ли нам нужны экзоскелеты, которые будут делать все за нас?

Конечно, для людей, которые не могут двигаться, любое устройство, расширяющее объем движений, — это благо. Также экзоскелеты несомненно нужны для спасателей, пожарных и других тяжелых профессий, где зачастую от силы человека или того, как защищено его тело, зависят жизни. Но насколько экзоскелеты полезны обычным людям? Действительно ли они помогут сделать тренировки эффективнее, а прогулки длительнее? Не факт, и вот почему.

Из-за экзоскелетов люди могут начать еще меньше двигаться. Многие экзоскелеты частично снимают нагрузку на мышцы. В будущем они теоретически могут даже полностью взять на себя движение — по тому же принципу, как сейчас они помогают двигаться парализованным людям. Конечности в этом случае двигаются пассивно, без сокращения мышц — такое движение не требует от человека расхода энергии и не тренирует сердечно-сосудистую и дыхательную систему, как обычное движение. В итоге люди могут стать еще более малоподвижными, чем сейчас, что несомненно навредит их здоровью.

Получается, действительно полезными должны стать не экзоскелеты-роботы, двигающиеся за нас, а небольшие модели, которые усиливают работу мышц и предназначены для работы либо защищают от повреждения суставы, снимая с них нагрузку.

Больше всего пользы от экзоскелетов, вероятно, получат те, кто много двигается — для них устройства должны стать способом снизить усталость и уменьшить вред от повторяющихся движений. Должны, но не факт, что станут, — в ряде случае экзоскелеты, наоборот, быстрее утомляют мышцы, из-за того что человеку нужно еще и нести их вес. Они далеко не всегда увеличивают производительность — многое зависит от того, насколько удачна конструкция устройства.

Экзоскелеты могут стать причиной травм и проблем со здоровьем. Пока устройств для обычных людей мало и редко кто их использует, поэтому сложно сказать, как именно они влияют на здоровье.

Однако есть данные о промышленных и медицинских экзоскелетах — и такие устройства, особенно активные, могут быть травмоопасны. Так, некоторые промышленные экзоскелеты увеличивают силу и выносливость человека, но в то же время ограничивают его подвижность и способность увернуться от падающего предмета, а также повышают риск падений.

Медицинские экзоскелеты иногда приводят к переломам костей — такое бывает, если устройство неожиданно выходит из строя или человек делает неверное движение. Теоретически экзоскелеты могут быть опасны и по другим причинам. Например, если устройство отключится в неподходящий момент из-за сбоя питания — допустим, когда человек находится на высоте.

Мы можем стать зависимы от компаний, производящих экзоскелеты. Люди, использующие экзоскелеты, особенно в жизненно важных целях, рискуют оказаться в сложной ситуации, когда компания прекращает их обслуживание.

Реальность последнего риска показывает случай Майкла Стрейт. Это парализованный бывший жокей, который два месяца добивался починки проводки в экзоскелете ReWalk. Устройство стоило ему сто тысяч долларов, а пользовался им Майкл с 2014 года. Десять лет спустя экзоскелет перестал работать из-за того, что в нем села небольшая батарейка. Несмотря на тривиальность поломки, компания отказалась ремонтировать устройство, объяснив это тем, что не обслуживает машины, выпущенные пять или более лет назад. «Мне трудно поверить, что после того, как я заплатил почти 100 тысяч долларов и прошел обучение, я не могу больше ходить из-за какой-то батарейки для часов стоимостью в 20 долларов», — писал Майкл в соцсетях. После огласки производитель все-таки устранил проблему, но легко представить, что с распространением экзоскелетов нечто очень похожее может начать происходить с людьми в гораздо больших масштабах.

«Медуза»