Плавать под водой тяжело. Вода сопротивляется, каждое движение требует усилий, а кислород расходуется быстрее, чем хотелось бы. Китайские исследователи из Шэньчжэньского института передовых технологий разработали роботизированный экзоскелет, который крепится на ноги дайвера и снижает потребление кислорода на 40%. Устройство работает в реальном времени, подстраиваясь под стиль плавания и резкие ускорения. Обучение и калибровка не требуются.
Подводные работы, спасательные операции, военные погружения — все это требует от дайвера колоссальных энергозатрат. Экзоскелет обещает сделать глубоководную работу безопаснее, а время под водой — дольше.
Как это работает
Устройство представляет собой легкий экзоскелет, который крепится к ногам дайвера. Двигатели расположены на поясе. Датчики постоянно отслеживают движение ног и в реальном времени добавляют дополнительное усилие при каждом толчке — вперед и назад.
Главная инженерная проблема
На суше роботизированные экзоскелеты уже привычное дело. Ходьба — предсказуемый циклический процесс, и алгоритму легко адаптироваться. Под водой все сложнее. Дайвер может за секунду перейти из состояния покоя в резкое ускорение. Стиль плавания может меняться, например, то кроль, то по-лягушачьи. К тому же плавучесть и вязкость воды создают легкие, быстрые и плохо предсказуемые движения.
Обычные экзоскелеты слишком медленно реагируют и требуют обучения под каждого дайвера.
Алгоритм URAO
Разработчики создали алгоритм под названием Ultra-Robust Adaptive Oscillator (URAO). В отличие от систем, которые учатся на движениях пользователя, URAO просто наблюдает за ногами в реальном времени:
- Мгновенно определяет, как быстро дайвер двигает ногами.
- Понимает, на какой фазе удара находится нога.
- Рассчитывает необходимое усилие.
- Применяет его моментально, без задержек.
Если дайвер резко ускоряется или меняет стиль плавания, экзоскелет адаптируется на лету. Никакого дополнительного обучения не требуется.
Экзоскелет под водой vs на суше
| Аспект | На суше | Под водой |
| Движение | Предсказуемое, циклическое | Резкие ускорения, смена стилей |
| Основная задача | Ассистировать при ходьбе/подъеме | Компенсировать сопротивление воды |
| Адаптация к пользователю | Требуется обучение | URAO работает в реальном времени |
Зачем это нужно
Разработка пока экспериментальная, но потенциальные применения огромны:
| Сфера | Применение |
| Подводные работы | Обследование морского дна, трубопроводов |
| Спасательные операции | Увеличение времени работы под водой |
| Военные погружения | Снижение усталости, скрытность |
| Научные исследования | Длительное наблюдение за экосистемами |
Дайвер надевает экзоскелет как часть обычной экипировки и, кроме веса, почти не замечает его. Но после погружения замечает, что двигаться легче, усталость меньше, кислорода уходит меньше, а значит, под водой можно находиться дольше.
Подводный экзоскелет — не новая идея, но работающий прототип, который понимает дайвера без обучения, снижает расход кислорода на 40% и не мешает плавать — это уже серьезный шаг вперед.