Экзоскелет всему голова. Как бизнес делает из работников киборгов

Вымышленный экзоскелет-погрузчик Caterpillar P-5000 из фильма «Чужие» (1986). Фото: кадр из фильма

Экзоскелеты повышают силу, точность и выносливость человека. На днях розничная сеть «Магнит» объявила о тестировании промышленного экзоскелета. Портативный экзоскелет, используемый компанией, весит около 3 кг и позволяет равномерно распределять нагрузку на позвоночник. Такие устройства применяются для безболезненного подъема и переноса грузов массой до 50 кг. Экзоскелет надевается поверх одежды и крепится на теле специальными ремнями. В компании «Экзаурус», которая сделала экзоскелеты для «Магнита», говорят, что после разовой настройки под индивидуальные особенности сотрудник уже через 15 минут может выполнять привычные операции.

В своем распределительном центре в Коломне «Магнит» до конца 2021 года будет выяснять, стоит ли вкладываться дальше и тиражировать этот опыт на другие склады и магазины. Среди ожиданий менеджмента — компенсация около 20% нагрузки для сотрудника при подъеме тяжелых грузов, увеличение индивидуальной работоспособности до 10% и улучшение условий труда.

Как узнал «Новый проспект», технологию экзоскелетов пилотирует и Х5 Group. «Пилот проходит в течение нескольких месяцев сразу на трех распределительных центрах, — рассказал руководитель портфеля инноваций Х5 Group Роман Тимаев. — Тестируемый экзоскелет относится к решениям пассивного типа и весит 2 кг. На данный момент пилот завершен, и мы подводим итоги: собираем аналитику, выгружаем данные из системы WMS. Уже сейчас мы видим, что экзоскелеты действительно снижают нагрузку на спину при подъёме и перемещении грузов. Наши сотрудники устают меньше, это снижает текучесть персонала и повышает лояльность». По итогам пилота X5 планирует снизить текучесть персонала на 30% и повысить его производительность на 10%.

Российский рынок экзоскелетов только зарождается и формируется, но уже сейчас можно уверенно сказать, что он есть. По словам к.т.н., директора ООО «ЭкзоМед» Андрея Яцуна, пока на рынке представлено четыре-пять российских компаний — производителей экзоскелетов различного назначения. Если говорить о мировом рынке, сейчас компаний игроков уже больше 30, и на российском рынке есть отдельные заказчики, использующие европейские и американские экзоскелеты.

«По нашим оценкам, отечественный рынок промышленных экзоскелетов в ближайшее время может составить до 12 млрд рублей, — рассказывал ТАСС заместитель генерального директора по специальным проектам компании «Ростех — Доверенные платформы Робототехнические Комплексы» Максим Скоков.

«Мы оцениваем его в несколько сотен штук в 2021 году и перспективой роста до 8-10 тыс. штук в год в ближайшие 3-4 года», — говорит Андрей Яцун. «По нашей информации, в России в 2021 году было продано несколько сотен экзоскелетов, — рассказал соучредитель компании «Экзаурус» Игорь Орлов. — В 2019 году в мире продажи экзоскелетов исчислялись сотнями, в 2020 — тысячами, в 2021 — десятками тысяч штук».

Объем мирового рынка экзоскелетов, по данным ABI Research, к 2018 году за 4 года вырос с $ 68 млн до $ 96,7 млн. Но сегодня это уже совсем не релевантные цифры. Эксперты прогнозируют, что через 2-3 года рынок превысит $ 2-3 млрд. Ericsson IndustryLab в целом прогнозирует в ближайшие 10 лет широкомасштабную трансформацию производства. Использование инструментов на базе ИКТ вырастет как минимум вдвое. К таким инструментам относятся, помимо искусственного интеллекта, распознавания видео, и экзоскелеты.

По функционалу разделяют экзоскелеты медицинского назначения и промышленного. Существует еще отдельный закрытый рынок по экзоскелетам специального назначения, связанный с военными задачами. А еще экзоскелеты используют космонавты для сохранения функционала мышц.

Промышленные экзоскелеты применяются на погрузочно-разгрузочных работах на складах и производствах — это транспортировка и удержание оборудования и инструментов в ремонтных и сборочных цехах, расширение функционала и повышение выносливости рабочих на сложных участках, где дорого или сложно вводить роботизацию процессов. Медицинские экзоскелеты преследуют две основные задачи — ассистирование людям с травмами и болезнями с ограничением подвижности и реабилитационные процедуры, направленные на восстановление работы поврежденных органов. Игорь Орлов отмечает, что помимо прочего экзоскелеты применяются в машиностроении, логистике, ремонте, строительстве, добыче, сфере услуг.

Бывает так, что разработчики в процессе исследований рынка «переобуваются». Например, у компании «ЭкзоАтлет» есть костюм-робот для аварийно-спасательных работ. На испытаниях оператор смог поднять в нем груз массой 200 кг. Однако в серийное производство этот экзоскелет не пошел, а ученые повернулись в сторону медицинских аналогов для парализованных людей. Их разработка уже применяется в российских больницах и реабилитационных центрах, а некоторые модели даже продаются для домашней реабилитации. Недавно компания вышла на рынок США, который считает для себя одним из ключевых по грустной причине с общечеловеческой точки зрения: число ежегодных инсультов в Америке составляет более 795 тыс. и примерно в 4 раза превышает аналогичный показатель в России. Почти 18 тыс. американцев в год получают травматические повреждения спинного мозга, число ежегодных операций по эндопротезированию к 2030 году достигнет 4 млн. Так что бизнесу здесь есть где развернуться.

«Самые дешевые модели промышленных экзоскелетов, не оснащенные электроприводами (пассивные), стоят от 60 тыс. рублей, стоимость самых дорогих, с 10-12 электроприводами, оснащенных сложной электроникой, доходит до € 120 тыс.», — говорит Андрей Яцун. По данным Игоря Орлова, стоимость экзоскелетов варьируется от $ 1 тыс. до $ 6 тыс.

Большинство российских компаний-разработчиков делают свои продукты в большей степени для бизнеса и государства. Например, только 20% стартапов в технопарке «Сколково» создают что-то для потребителей.

Первые научные проработки по созданию экзоскелета датируются 1890-ми годами и принадлежат русскому ученому-самоучке Николаю Ягну. Он изобрел эластипед — конструкцию из пружин, прикрепленную к человеку. Система должна была аккумулировать энергию при опускании человеческого тела во время движения и возвращать её при подъёме. Сейчас на это чудо техники больше всего похожи джамперы. В середине 1960-х идеи Ягна взяли на вооружение ортопеды, некоторые его наработки до сих пор используются в травматологии.

Основной проблемой, до сих пор ограничивающий функционал «человеческих киборгов», является источник питания, позволяющий работать как можно дольше. Существуют наработки и по автономным источникам, и по проводным, и по двигателям различных типов. Эксперты уверены, что будущее и здесь за беспроводной передачей энергии, однако четкий механизм технической реализации таких проектов пока отсутствует. Игорь Орлов прогнозирует, что первые прорывные технологии намечаются в этой области через 3-6 лет.

Самый «продвинутый» на сегодняшний день экзоскелет — военный HULC (Human Universal Load Carrier). Он работает от литий-полимерных батарей и рассчитан на 72 часа непрерывного движения. В медицинских экзоскелетах используются сменные блоки с аккумуляторами, которые работают до полутора часов, а управляется экзоскелет с помощью приложения для смартфона или специального джойстика. «Ростех» сделал экзоскелет для промышленных работ, который может быть как пассивным, так и активным: в первом случае устройство защищает позвоночник человека от перегрузок, во втором — при тех же усилиях позволяет выполнять больший объем работы.

Экзоскелет в «Магните» относится к решениям пассивного типа и вообще не требует источников питания: он работает за счет накопления и отдачи энергии без сервоприводов, гидравлики и электрики. С помощью силы гравитации рабочий сам заряжает устройство, чтобы потом поднять груз.

Как бы внешне экзоскелеты ни казались все «на одно лицо», отличий между ними много. «Принципы конструкции, приводная часть, идеология управления — пока во многом идет исследовательский процесс, и не все решения являются окончательно оптимально выверенными для крупносерийного производства», — поясняет Андрей Яцун.

Существуют у экзоскелетов и проблемы с управлением. «Мы видим ограничения технологии, — говорит Роман Тимаев. — Экзоскелеты меняют логику, характер движения — в них тяжело наклоняться, и приходится присаживаться, чтобы взять груз. Соответственно, он применим не для всех процессов работы с грузами на складе». Кроме того, отмечают в X5, экзоскелеты применимы исключительно в холодных зонах распределительного центра, так как в теплых сотруднику становится в них жарко — невозможно работать. «Особенно хорошо экзоскелеты себя показали в зоне фруктов и овощей», — говорит Роман Тимаев.

При монотонном труде экзоскелеты могут оказаться весьма кстати. «Экзоскелеты требуются не только при подъеме тяжелых грузов, но и для довольно механического труда. Например, при сортировке яиц у работниц устают руки, — говорит директор по акселерации в области ретейл-технологий кластера информационных технологий фонда «Сколково» Ольга Стрелова.

Профессор, директор центра искусственного интеллекта, анализа данных и моделирования The University of Leicester Александр Горбань отмечает, что есть даже экзоскелеты, работающие от считывания информации с мозга человека, однако работают они пока не очень хорошо. «Работающий от головы экзоскелет слишком инерциальный: демонстрационные примеры работают, а ходить в нём реально без страховки еще невозможно, — говорит Александр Горбань. — В то же время фонемы и речевые сигналы уже распознаются — уже есть нейронные сети, как интеллект, основанный на данных, расшифровывающие отдельные фонемы».

Помимо технологических трудностей в России существуют и нормативные пробелы, не позволяющие развернуть экзоскелетное дело в полную силу. Андрей Яцун рассказывает, что существует юридическая неопределенность экзоскелетов: частично их классифицируют как средство индивидуальной защиты, частично как средство малой механизации, частично как роботов-помощников, закрепляемых на теле человека во время использования. Игорь Орлов подтверждает, что основные сложности в этом бизнесе — нормативные базы, ГОСТы и прочее.