В статье рассматриваются основные типы и классификации экзоскелетов, их историческое развитие и современные направления использования. Особое внимание уделено возможностям применения данных технологий в условиях пожаротушения и аварийно-спасательных работах. Представлены выводы о перспективности интеграции экзоскелетов в профессиональную деятельность, связанную с высокими физическими нагрузками.

Ключевые слова: экзоскелет, пассивные системы, активные системы, аварийно-спасательные работы, тушение пожаров.

Введение

Обеспечение пожарной безопасности является одной из важнейших задач государства. При тушении пожаров и проведении аварийно-спасательных работ сотрудники пожарно-спасательных подразделений проводят большое количество различных действий, связанных с тяжелыми физическими нагрузками, воздействующими на организм человека [1,2].

Экзоскелеты представляют собой внешние каркасные конструкции, предназначенные для усиления физических возможностей человека или обеспечения двигательной функции при её нарушении. Термин «экзоскелет» заимствован из биологии, где он описывает наружные скелеты у членистоногих и других беспозвоночных [3].

Актуальность исследования обусловлена необходимостью оптимизации физических нагрузок в условиях чрезвычайных ситуаций, где эффективность действий критически важна.

Типы и классификации экзоскелетов

Классификация экзоскелетов основывается на нескольких критериях: источник энергии, анатомические зоны воздействия и целевое назначение.

Пассивные экзоскелеты не имеют автономного источника энергии и полагаются на механические элементы, такие как пружины или гидравлические системы, для передачи усилий. Их основная функция — обеспечение стабильности и снижение нагрузки на мышцы при статических или повторяющихся движениях (рис.1).

Рис. 1. Экзоскелет с пассивным приводом

Примеры включают конструкции для поддержки спины или рук при выполнении монотонных операций.

Активные экзоскелеты оснащены электродвигателями, гидроприводами или пневматическими системами, которые генерируют дополнительную энергию для движения. Такие устройства применяются в реабилитации пациентов с параличом или для усиления физических возможностей операторов в тяжёлых условиях.

По анатомическим зонам экзоскелеты делятся на устройства для верхних конечностей, нижних конечностей и полные системы, охватывающие весь тело

Первые чаще используются в промышленности для снижения нагрузки на плечевой пояс, тогда как нижние экзоскелеты применяются для восстановления ходьбы или увеличения скорости передвижения.

Военные разработки часто сочетают элементы активных систем с интеграцией дополнительного оборудования, такого как радиосвязь или защитные элементы (рис.2).

Рис. 2. Экзоскелет с активным приводом

Промышленные системы внедряются на производствах для снижения травматизма и утомляемости рабочих. Пассивные экзоскелеты, например, Noonee Chairless Chair, обеспечивают поддержку спины при работе в положении стоя или сидя

Военные исследования (в том числе, связанные с аварийно-спасательными работами) сосредоточены в основном на создании многофункциональных активных экзоскелетов, способных выдерживать экстремальные нагрузки.

Специфика пожаротушения и спасательных операций предполагает уникальные требования к применяемому сложному оборудованию. Пожарные сталкиваются с необходимостью перемещения в условиях высокой температуры, ограниченной видимости и значительных физических нагрузок. Экзоскелеты могут компенсировать эти факторы, усиливая силу и выносливость пользователя.

Пассивные экзоскелеты могут быть использованы для снижения нагрузки при ношении тяжёлого снаряжения (до 25 кг), включая дыхательные аппараты и инструменты для вскрытия конструкций. Механические элементы, такие как пружинные компенсаторы, распределяют массу на опорные точки тела, снижая утомление мышц спины и ног

Активные системы позволяют преодолевать препятствия, такие как завалы или лестничные марши, без снижения скорости действий. Интеграция датчиков и автоматизированных приводов обеспечивает адаптацию к изменяющимся условиям среды, например, к скользким поверхностям или высокому уровню запылённости.

Рис. 3. Экзоскелет составной

Критическим аспектом остаётся термостойкость материалов и защита электронных компонентов от воздействия огня и воды. Современные исследования фокусируются на создании огнеупорных покрытий и герметичных корпусов для активных систем.

Следует отметить, что экзоскелеты демонстрируют высокий потенциал к применению в условиях экстремальных нагрузок. Их классификация, основанная на энергетическом принципе и анатомическом охвате, отражает различную вариативность операций в рамках спасательных операций. Конечно, внедрение данных технологий все еще сопряжено с некоторыми сложностями, поскольку при внедрении в пожаротушение и АСР экзоскелеты нуждаются как минимум в хорошей термозащите, соответственно, их применение требует решения задач термостойкости, эргономики и интеграции с существующим оборудованием. Дальнейшие исследования должны быть направлены на оптимизацию массогабаритных характеристик и разработку стандартов безопасности для использования экзоскелетов при тушении пожаров ввиду огромного потенциала применения данного типа оборудования на пожаре.

На сегодняшний день в отечественной практике отсутствуют системные программы по интеграции экзоскелетов в профессиональную деятельность пожарных. Некоторые научные разработки, проводимые точечно в образовательных организациях и исследовательских центрах, демонстрируют потенциал технологий, но их применение ограничено рамками лабораторных испытаний. Исключениями являются отдельные пилотные проекты, например, тестирование пассивных экзоскелетов на промышленных объектах или в учебных центрах МЧС России.

Между тем, международный опыт, такой как австралийский экзоскелет A. F. A., уже демонстрирует успешное сочетание термостойкости, модульности и функциональности в условиях пожаротушения. Это указывает на необходимость активизации исследований и разработок в данной области в отечественном контексте.

Экзоскелеты обладают колоссальным потенциалом для повышения эффективности пожарно-спасательных операций. Однако их внедрение в российские подразделения требует системного подхода, объединяющего научные исследования, техническую модернизацию, организационные изменения и общественное обсуждение. Только комплексное решение перечисленных проблем позволит преодолеть барьеры и обеспечить безопасное и эффективное использование технологий в условиях возрастающих природных и техногенных рисков.

Литература:

1. Маринич, Е. Е. Современные подходы к организации физического воспитания в образовательных учреждениях / Е. Е. Маринич, Д. А. Тарасова, Ю. А. Ведяскин // Пожарная и аварийная безопасность: сборник материалов XVIII Международной научно-практической конференции, Иваново, 23 ноября 2023 года. — Иваново: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ивановская пожарноспасательная академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий», 2023. — С. 534–539. — EDN LEXFBQ.
2. Ведяскин, Ю. А. О вопросе необходимости фитнес-программ в деятельности пожарных / Ю. А. Ведяскин, Д. А. Тарасова, Е. Е. Маринич // Пожарная и аварийная безопасность: сборник материалов XVIII Международной научно-практической конференции, Иваново, 23 ноября 2023 года. — Иваново: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ивановская пожарноспасательная академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий», 2023. — С. 368–374. — EDN YCYOKR.
3. Экзоскелет: назначение, принцип работы и разновидности / [Электронный архив] URL: https://atf.ru/articles/obzory/ekzoskelet-naznachenie-printsip-raboty-i-raznovidnosti/.