Китайские инженеры создали подводный экзоскелет PEAKED, который помогает аквалангистам двигаться и расходовать на 29,77% меньше воздуха. Устройство поддерживает работу ног при плавании и ходьбе по дну, снимая часть нагрузки с мышц. Разработчики рассчитывают, что механическая помощь позволит водолазам дольше оставаться под водой и выполнять тяжёлую работу без дополнительных баллонов.
PEAKED надевается на нижнюю часть тела и помогает человеку сгибать и разгибать ноги в тазобедренных суставах. Вместо тяжёлого металлического каркаса инженеры выбрали гибкую конструкцию, которая повторяет движения аквалангиста и не мешает свободно работать ластами. Похожий принцип уже применяют в мягких экзоскелетах для бега и реабилитации, но под водой механическая поддержка должна справляться с другими нагрузками.
Инженеры проверили PEAKED на девяти добровольцах, которым предложили двигаться несколькими способами. Лучше всего устройство помогало при попеременных взмахах ластами. Когда участники двигали ногами как при плавании брассом, расход воздуха уменьшился на 25,7%, а при ходьбе по дну на 18,35%. Исследователи сравнивали, сколько дыхательной смеси человек расходовал за минуту с механической поддержкой и без неё.
Для аквалангиста экономия воздуха особенно важна. Запас дыхательной смеси ограничен объёмом баллонов, а физическая нагрузка заставляет человека чаще и глубже дышать. Даже обычное движение ластами требует усилий, поскольку вода постоянно сопротивляется движению ног. Если часть работы берёт на себя экзоскелет, человек меньше устаёт и может экономнее расходовать воздух. Правда, результаты испытаний пока не позволяют утверждать, что продолжительность безопасного погружения увеличится на столько же процентов.
Главная трудность для инженеров заключается в том, что привычные наземные экзоскелеты плохо подходят для работы под водой. При ходьбе по суше механизмы помогают переносить вес тела и поддерживают ноги в определённые моменты шага. В воде человека частично удерживает выталкивающая сила, зато сопротивление приходится преодолевать при движении ног в обоих направлениях. Поэтому подводный костюм должен помогать мышцам практически на протяжении всего взмаха.
Причём недостаточно просто добавить двигатели, которые будут сильнее толкать ноги. Механизм должен понимать, когда человек начинает движение, куда направляет ногу и какое усилие требуется в конкретный момент. Если поддержка включится с опозданием или потянет ногу не туда, аквалангисту придётся преодолевать сопротивление собственного снаряжения. Разработчикам необходимо согласовать работу механики с естественными движениями человека, причём при разной скорости плавания.
В новой обзорной работе исследователи разобрали опыт создания подводных экзоскелетов и проблемы, которые ещё предстоит решить. Помимо точного управления движениями, инженерам нужно защитить электронику от воды и высокого давления, разместить механизмы так, чтобы они не мешали баллонам и грузам, а также предусмотреть возможность быстро снять костюм при аварии. Под водой даже небольшая неисправность может создать опасность, особенно если устройство ограничит движение ног.
Следующий шаг разработчиков состоит в том, чтобы научить экзоскелет самостоятельно подбирать силу поддержки под человека и его движения. Инженеры также хотят помочь водолазам удерживать устойчивое положение тела, чтобы меньше сил уходило на сохранение равновесия. Подобная помощь особенно пригодилась бы при ремонте подводных сооружений, осмотре трубопроводов и других работах, когда приходится одновременно двигаться и обращаться с инструментами.
Пока PEAKED остаётся экспериментальной разработкой. Испытания показали, что механическая поддержка способна заметно уменьшить расход воздуха, но исследователям ещё нужно проверить устройство при длительных погружениях, сильных течениях и на разных глубинах. Если инженерам удастся решить вопросы надёжности и безопасности, подводные экзоскелеты смогут облегчить работу водолазов без необходимости увеличивать запас дыхательной смеси.