Экзоскелеты традиционно ассоциируются с громоздкими конструкциями, высоким весом и шестизначными ценниками. Такие системы применяются для тяжёлых нагрузок или имитации физических ощущений в VR, но остаются недоступными для широкой аудитории. Команда исследователей предлагает альтернативу — Kinethreads, лёгкий экзокостюм стоимостью менее $500, созданный на базе готовых компонентов и инновационного текстильного дизайна.
Как устроен Kinethreads
Костюм охватывает грудь, руки и ноги, напоминая «вторую кожу». В тканевые каналы встроены нейлоновые нити, соединённые с компактными моторами, которые выполняют функцию синтетических сухожилий.
- Принцип работы: при активации моторы натягивают нити, которые сокращаются и оказывают направленное воздействие на мышцы. Управление осуществляется через Raspberry Pi с простыми Python-скриптами.
- Прототипы для рук: первые версии включали рукав для бицепса и предплечья. Четыре мотора управляли сгибанием и вращением руки. Для удобства использовался эластичный неопрен, а пластиковые направляющие фиксировали нити.
- Расширение на ноги: система получила широкие эластичные ленты для равномерного распределения нагрузки, а моторы были вынесены в поясной блок. Литий-полимерный аккумулятор обеспечивал до двух часов автономной работы. Это позволило использовать костюм для стабилизации движений при ходьбе и реабилитации.
- Дополнительная обратная связь: вибромоторы вдоль нитей передавали сигналы о сокращении мышц, помогая мозгу быстрее адаптироваться и улучшать контроль движений.
Зачем это нужно
Одним из ключевых направлений применения Kinethreads стали доступные тактильные технологии для виртуальной реальности. Современные VR-шлемы ограничиваются вибрацией, что снижает уровень погружения. Kinethreads решает эту проблему за счёт компактного и лёгкого (менее 5 кг) костюма, который можно надеть за полминуты.
- Физическая симуляция: система из десяти моторизованных катушек (восемь на поясе и две для торса и конечностей) создаёт натяжение нитей, имитирующее вес предметов, сопротивление или ускорение.
- Технические характеристики: костюм способен выдавать усилие до 120 ньютонов и виброотклик до 200 Гц — от лёгкого сопротивления до сильных ударных эффектов.
- Модульная архитектура: разные размеры моторов балансируют мощность и стоимость, а встроенные датчики обеспечивают точное отслеживание. Программное обеспечение на базе Unity синхронизирует движения с обратной связью в реальном времени.
Тестирования показали, что пользователи комфортно носили костюм длительное время, отмечая естественность движений и убедительное ощущение присутствия в виртуальной среде.
Kinethreads демонстрирует, что современные экзоскелеты могут быть не только эффективными, но и доступными. Благодаря использованию недорогих компонентов и продуманного инженерного подхода, технологии поддержки движений и реалистичной тактильной обратной связи теперь становятся ближе к массовому пользователю — от медицины до виртуальной реальности.
