Dự án XOS 2 và tương lai bộ giáp Iron Man trở thành hiện thực

Quân đội Mỹ chế tạo bộ khung xương robot (Exoskeleton Robotic Suit) thế hệ 2 XOS 2

Kỹ sư thử nghiệm Rex Jameson thực hiện động tác chống đẩy với bộ khung xương XOS 2 và ba lô trên lưng

Ý tưởng chế tạo một thiết bị cho phép tăng mấy lần sức mạnh cơ bắp của con người đã tồn tại mấy chục năm. Trong thời gian đó, đã đưa ra nhiều phương án khung xương, một số trong đó đã bị loại bỏ.

Ngày 28.9.2010, công ty Raytheon (Mỹ) đã giới thiệu bộ khung xương thế hệ 2, tuy đã làm được nhiều thứ, song vẫn còn chưa phù hợp để sử dụng hàng loạt. Tuy nhiên, nếu xét đến tốc độ nghiên cứu phát triển hiện nay thì chẳng còn bao lâu nữa các bộ trợ lực sản xuất loạt sẽ ra đời.

Nhanh hơn, cao hơn, mạnh hơn

Những yêu cầu đầu tiên đối với bộ khung xương dành cho Lục quân Mỹ được xác định vào năm 1963. Nó phải bảo đảm bảo vệ binh sĩ, đồng thời gia tăng sức mạnh cơ bắp và giảm mệt mỏi cho họ.

Công việc của dự án này hồi đó do công ty General Electric tiến hành và họ đã đệ trình thành phẩm đầu tiên vào cuối thập niên 1960. Bộ khung xương có tên Hardiman. Nhờ có nó, theo tính toán của các kỹ sư, một người có thể nâng một vật nặng 110 kg khi chỉ dụng lực cần để dịch chuyển một trọng lượng 4,5 kg.

Hardiman nặng 680 kg, không thuận tiện cho sử dụng và có phản ứng chậm đối với các hành động của người điều khiển. Ngoài ra, việc đồng thời sử dụng các bộ phận của bộ khung xương dành cho các chi trên và các chi dưới vì nguyên nhân không rõ đã dẫn tới chuyển động không thể kiểm soát của kết cấu, điều này có thể tiềm ẩn nguy hiểm đối với con người.

XOS 1

Vì vậy, các vụ thử nghiệm mặc bộ quần áo cho người đã không được tiến hành. Dự án chỉ được tiếp tục một phần – General Electric tiến hành phát triển cánh tay cơ khí.

Một số ứng dụng của bộ khung xương

Giải pháp cánh tay hoàn chỉnh sẵn sàng để tích hợp với bộ khung xương đã được giới thiệu vào đầu thập kỷ 1970. Với sự hỗ trợ của nó, một người có được khả năng bằng lực vận dụng tối thiểu nâng được tải trọng nặng đến 340 kg. Nhược điểm chính của cánh tay là trọng lượng của nó – gần 750 kg.

Nếu tính tới yếu tố một bộ khung xương cần có 2 cánh tay như vậy, lại còn thêm bộ chân thêm vào thì trọng lượng toàn bộ có thể lên tới xấp xỉ 3 tấn, hoàn toàn không thể chấp nhận đối với giới quân sự. Dự án bị đóng lại, từ đó trong gần thế kỷ không có thêm những dự án phát triển mới.

Ý tưởng người lính cơ khí hóa được tiếp tục theo đuổi vào đầu những năm 2000 khi Cục Các dự án phát triển quốc phòng tiên tiến DARPA, thuộc Bộ Quốc phòng Mỹ, thông báo chương trình 7 năm chế tạo các bộ khung xương.

Tổng chi phí cho chương trình là 75 triệu USD, công-xooc-xiom của Raytheon và Sarcos nhận được một phần trong số đó.

Không lâu sau, các công ty đã giới thiệu với giới quân sự mẫu chế thử của một thiết bị tương đối nhẹ, sử dụng hệ thống liên kết giữa người với bộ phận điện-cơ của bộ khung xương, bảo đảm sự đồng bộ hầu như hoàn toàn chuyển động của người sử dụng và của bộ khung cơ khí.

Chiến binh cơ khí

Mẫu chế thử hoàn chỉnh của bộ khung xương có tên XOS đã được Sarcos và Raytheon giới thiệu vào năm 2008. Đây là một kết cấu kim loại với nhiều bộ dẫn động chuyển động nhỏ gọn, các sensor hoạt động cơ bắp và các van thủy lực.

Kết cấu bảo đảm trợ lực cho các chi trên và dưới của người sử dụng, cho phép nâng được tải trọng lớn mà không phải dụng lực nhiều.

Trên lưng người sử dụng bố trí một máy tính làm nhiệm vụ điều phối các cử động của bộ khung xương phù hợp với các cử động của người. Hơn nữa, mọi cử động được thực hiện đồng bộ.

Những nhược điểm lớn của thiết bị này là mức tiêu thụ năng lượng cao và do đó, không có khả năng tự hoạt, người sử dụng bị hạn chế trong cử động. Chỉ 2 năm sau, một phần những hạn chế này đã được khắc phục.

Cuối tháng 9.2010, Raytheon đã giới thiệu mẫu chế thử bộ khung xương XOS 2 thế hệ 2. Thiết bị này, còn có tên gọi khác là bộ quần áo robot hóa có thể mang mặc, đã trở nên nhẹ hơn, nhanh hơn và được bảo vệ tốt hơn trước các yếu tố của môi trường xung quanh. Ngoài ra, bộ khung xương tiêu thụ năng lượng ít hơn 2 lần. uy nhiên, các kỹ sư vẫn chưa thể từ bỏ dây cáp nguồn cung cấp điện cho thiết bị.

XOS 2 nặng gần 70 kg và cho phép người sử dụng nâng hàng nặng đến 91 kg mà không phải dụng lực gì.

Các bộ khung xương series XOS hiện thời được phát triển để dùng cho các binh sĩ làm nhiệm vụ vận chuyển các loại hàng hóa, cũng như các kỹ thuật viên không quân làm nhiệm vụ lắp ráp bom đạn cho máy bay trước khi xuất kích.

Trong điều kiện chiến trường, việc sử dụng bộ khung xương sẽ cho phép loại bỏ các loại xe nâng, chở hàng hoặc các bộ kích – vì mọi vật nặng sẽ do người sử dụng bộ quần áo mang vác.

Trong tương lai, dự kiến chế tạo cả bộ khung xương chiến đấu có khả năng bảo vệ người lính tốt và giảm sự mệt mỏi của họ.

Dĩ nhiên để làm được việc đó vẫn còn xa. Bởi lẽ các kỹ sư sẽ phải tìm cách làm giảm đáng kể kích thước của thiết bị, cũng như bảo đảm tính công thái học của nó mà sinh mạng người lính trong chiến đấu phụ thuộc vào đó.

Raytheon và Sarcos hiện tại đang nghiên cứu chế tạo bộ khung xương thế hệ 3 XOS 3 có khả năng tự hoạt và tiêu thụ năng lượng chỉ bằng 20% XOS 1. Ngoài ra, bộ khung xương mới sẽ cơ động và linh hoạt hơn

Bên cạnh đó, cùng với khả năng tự hoạt, các kỹ sư sẽ phải giải quyết một vấn đề khác là dung lượng nguồn nuôi cho bộ khung xương. Bởi vì, người ta sẽ không thể chấp nhận chuyện acquy “hết điện” đùng vào lúc lắp ráp vũ khí cho máy bay trước khi xuất kích chiến đấu khẩn cấp.

Kỹ sư thử nghiệm Rex Jameson chống đẩy cùng XOS 2

… vận chuyển đạn và chơi bóng

Những giải pháp khác

Hiện nay, có một số công ty thì đang nghiên cứu chế tạo một biến thể khung xương hoàn chỉnh, số khác thì quyết định tập trung chế tạo những bộ phận riêng biệt của nó. Ví dụ, từ năm 2004, Đại học tổng hợp California tiến hành nghiên cứu chế tạo “chân robot hóa” hay “chi dưới của bộ khung xương” HULC. Kinh phí nghiên cứu do DARPA tài trợ.

Mẫu chế thử hiện nay của thiết bị nặng gần 45 kg và được trang bị khoảng 40 cơ cấu thủy lực và sensor. Đôi chân cơ khí được ghép nối bằng những chiếc kẹp cứng với đôi giày và được cố định ở đầu gối và đùi bằng các dây đai đặc biệt.

Dự kiến, HULC sẽ cho phép người lính mang được tải trọng khá nặng. Trong những thử nghiệm đầu tiên, một người tình nguyện đã mang ba lô nặng gần 30 kg mà không hề thấy sức nặng nào. Ngoài ra, kết cấu HULC còn cho phép người sử dụng chạy, nhảy, đi khom hoặc thậm chí bò. Hoạt động của thiết bị trong vòng 72 giờ được bảo đảm bằng 4 pin lithium-ion. Mẫu mới nhất của HULC được trang bị hệ thống tháo bỏ nhanh cho phép khi cần gỡ bỏ “đôi chân robot” (chân máy) trong vòng 30 s.

Tháng 10.2009, Bộ Quốc phòng Nga cho biết, đang tài trợ cho một loại trang bị chiến đấu mới cho lục quân, bộ đội đổ bộ đường không và bộ binh hải quân.

Trang bị có tên “Chiến binh-21 (Boets-21) sẽ sử dụng các bộ phận khung xương để trợ lực cho di chuyển của người lính mang trang bị vũ khí. Dự kiến, dự án này sẽ hoàn thành trước năm 2015. Phỏng đoán, bộ trang bị mới sẽ nặng 22 kg.

Ngoài ra, ý tưởng bộ khung xương cũng khá phổ biến cả bên ngoài giới công nghiệp quốc phòng. Chẳng hạn, công ty Cyberdyne (Nhật Bản) đang chế tạo bộ khung xương HAL với các biến thể dùng cho hoạt động cứu nạn hay cho người tàn tật.

Thiết bị này cho phép một người nâng tải trọng nặng gấp 5 lần bình thường, yếu tố này quan trọng đối với các nhân viên cứu hộ làm việc trong các đống chướng ngại. HAL 5 cho phép con người với sự cơ động bị hạn chế vượt qua những hạn chế về vận động.

Rõ ràng là để thực sự đưa được các bộ khung xương vào đời sống chỉ còn vài năm nữa. Những thiết bị hiện có đã có khả năng bảo đảm tính cơ động và khả năng bảo vệ cao cho những người không làm chuyên môn quân sự.

Ta chưa thể lạc quan như thế khi nói đến việc sử dụng chiến đấu các bộ đồ robot hóa. Đúng là binh sĩ vận tải sẽ sắp có thể đánh giá, kiểm nghiệm những ưu điểm của các bộ khung xương, song những người lính thì còn đợi thêm nữa cho đến khi các bộ khung điện-cơ trở nên gọn nhẹ, tiện dụng, nhanh và tự hoạt hơn.

Theo PLXH