The dawn of the age of the exoskeleton

One of the earliest known concepts was patented in 1890 by Nicholas Yagn, a self-taught Russian inventor, who designed a wearable apparatus for exercising. In 1919, American Leslie C. Kelley received a patent for a steam-powered device to support walking, one of the first powered exoskeleton concepts. By the end of the 1960s, multiple actuated robotic exoskeletons incorporating electronic control systems had been developed. Since then, research and development has advanced rapidly, leading to devices with commercial and clinical applications.

Modern, active robotic exoskeletons typically consist of a lightweight mechanical frame with ergonomic attachments to the human body, usually affixed at the trunk, waist, and to upper or lower limbs. For example, the Hypershell device seen in Ukraine attaches to the user’s waist and thighs to assist with hip flexion and extension and strengthen lower-body movement. The Suit X device used by IKEA attaches to the torso and upper limbs to support the back and shoulders. In most powered exoskeletons, actuators convert electric power from batteries into mechanical movement, generating forces that support or enhance the body’s movement. These are coordinated by control units embedded in the exoskeleton, which define movement trajectories and force application. Exactly how the device moves depends on the task and user state, with sensors determining needs; if a wearer starts running, the device speeds up supportive movements, and if fatigue is sensed, power output may increase.

These devices continue to show noticeable benefits for users in various real-world tasks.

إحدى أوائل المفاهيم المعروفة كانت مخترعة في عام 1890 من قبل نيكولاس ياغن، مخترع روسيذاتي، الذي صمم جهازًا قابلًا للارتداء للتمرين. في عام 1919، حصل-America لسلي كيللي على براءة اختراع لجهاز بخاري لدعم المشي، وهو أحد أوائل مفاهيم الإطاراتexternal الميكانيكية. بحلول نهاية السينيات من القرن العشرين، تم تطوير عدة إطاراتexternal روبوتية متحركة تشمل نظم تحكم إلكترونية. منذ ذلك الحين، تقدمResearch والتطوير بسرعة، مما أدى إلى أجهزة ذات تطبيقات تجارية وسريرية.

تتكون الإطاراتexternal الروBOTية النشطة الحديثة عادةً من هيكل ميكانيكي خفيف مع توصيلات مريحة للجسم البشري، عادةً ما تُثبت على الجذع، الخصر، أو الأطراف العلوية أو السفلية. على الرغم من أن جهاز Hypershell الذي يُرى في أوكرانيا يُثبت على خصر المستخدم وفخذيه لمساعدته في ثني وتوسيع الفخذ وتعزيز حركة الجسد السفلي. جهاز Suit X الذي تستخدمه IKEA يُثبت على الصدر والأطراف العلوية لدعم الظهر والكتفيين. في معظم الإطاراتexternal الميكانيكية، يحول المُ dynamics الطاقة الكهربائية من Battaries إلى حركة ميكانيكية، مُنتجًا قوى تدعم أو تعزز حركة الجسد. يتم تنسيق هذه القوى من قبل وحدات تحكم مدمجة في الإطاراتexternal، التي تحدد مسارات الحركة وتطبيق القوة. كيف يتحرك الجهاز بدقة يعتمد على المهمة وحالة المستخدم، حيث تحدد المستشعرات اumas؛ إذا بدأ المستخدم الجري، يسرّع الجهاز الحركات الداعمة، وإذا اكتُشف التعب، قد يزداد إخراج الطاقة.

ما زال هذه الأجهزة تُظهر فوائد ملحوظة للمستخدمين في مهام حقيقية مختلفة.

সবচেয়ে পুরানো জানা গতিপ্রযুক্তি একটি পেটেন্ট করা হয়েছিল ১৮৯০ সালে নিকোলাস ইয়াগন একটি আত্ম-শিক্ষিত রাশিয়ান আবিষ্কারক যিনি একটি ব্যায়ামের জন্য একটি পরিধানযোগ্য যন্ত্র ডিজাইন করেছিলেন। ১৯১৯ সালে, আমেরিকান লেসলি সি. কেলে একটি স্টিম-চালিত যন্ত্রের জন্য একটি পেটেন্ট লাভ করেন যা হাঁটার সমর্থন করে, এটি চালিত এক্সোস্কেলেটের একটি প্রথম ধারণা। ১৯৬০ দশকের শেষ পর্যন্ত, একটি ইলেকট্রনিক নিয়ন্ত্রণ সিস্টেম সহ বিভিন্ন চালিত রোবটিক এক্সোস্কেলেট তৈরি করা হয়েছিল। এর পর থেকে, গবেষণা এবং উন্নয়ন দ্রুত এগিয়ে গেছে, যার ফলে বাণিজ্যিক এবং ক্লিনিক্যাল অ্যাপ্লিকেশন সহ ডিভাইসগুলো প্রস্তুত হয়েছে।

আধুনিক, সক্রিয় রোবটিক এক্সোস্কেলেটগুলো সাধারণত একটি হালকা যান্ত্রিক ফ্রেম নিয়ে গঠিত যা মানবদেহের সাথে ইরগোনোমিক সংযোগ আছে, সাধারণত ট্রাংক, কোমর এবং উপরের অথবা নিচের অঙ্গের সাথে সংযুক্ত থাকে। উদাহরণ হিসাবে, ইউক্রেনে দেখা হয়েছে একটি Hypershell ডিভাইসটি ব্যবহারকারীর কোমর এবং উরুর সাথে সংযুক্ত থাকে যাতে হিপ ফ্লেক্সন এবং এক্সটেনশনে সহায়তা করে এবং নিচের দেহের গতি শক্তিশালী করে। আইকিয়া দ্বারা ব্যবহৃত Suit X ডিভাইসটি পিঠ এবং কাঁধ সমর্থনের জন্য টরসো এবং উপরের অঙ্গের সাথে সংযুক্ত থাকে। বেশিরভাগ চালিত এক্সোস্কেলেটে, অ্যাকচুয়েটরগুলো ব্যাটারির ইলেকট্রিক শক্তিকে যান্ত্রিক গতিতে রূপান্তর করে, যা দেহের গতি সমর্থন অथবা উন্নত করার জন্য বল তৈরি করে। এগুলো এক্সোস্কেলেটের মধ্যে এমবেডেড নিয়ন্ত্রক ইকাইগুলো দ্বারা সমন্বিত হয় যেগুলো গতির ট্র্যাকটরি এবং বল প্রয়োগ সংজ্ঞায়িত করে। কিভাবে ডিভাইসটি গতি করে তা কাজ এবং ব্যবহারকারীর অবস্থার উপর নির্ভর করে, সেন্সরগুলো প্রয়োজন নির্ধারণ করে; যদি একটি পরিধানকারী দৌড়াতে শুরু করে, তাহলে ডিভাইসটি সমর্থনকারী গতি ত্বরান্বিত করে, এবং যদি ক্লান্তি আদৃত হয়, তাহলে পাওয়ার আउটপুট বাড়তে পারে।

এই ডিভাইসগুলো বিভিন্ন বাস্তব কাজে ব্যবহারকারীদের জন্য অনুভূতিমূলক উপকার দেখাতে থাকে।

Uno de los conceptos más antiguos conocidos fue patentado en 1890 por Nicholas Yagn, un inventor ruso autodidacta, quien diseñó un aparato portátil para ejercicios. En 1919, el estadounidense Leslie C. Kelley recibió una patente para un dispositivo de vapor para apoyar la marcha, uno de los primeros conceptos de exoesqueleto motorizado. Para finales de la década de 1960, se habían desarrollado múltiples exoesqueletos robóticos accionados con sistemas de control electrónicos. Desde entonces, la investigación y el desarrollo han avanzado rápidamente, llevando a dispositivos con aplicaciones comerciales y clínicas.

Los exoesqueletos robóticos activos modernos suelen consistir en un marco mecánico ligero con accesorios ergonómicos al cuerpo humano, generalmente fijados en el tronco, cintura y miembros superiores o inferiores. Por ejemplo, el dispositivo Hypershell visto en Ucrania se fija a la cintura y muslos del usuario para ayudar con la flexión y extensión de la cadera y fortalecer el movimiento del cuerpo inferior. El dispositivo Suit X usado por IKEA se fija al torso y miembros superiores para apoyar la espalda y los hombros. En la mayoría de los exoesqueletos motorizados, los actuadores convierten la energía eléctrica de las baterías en movimiento mecánico, generando fuerzas que apoyan o mejoran el movimiento del cuerpo. Estas son coordinadas por unidades de control embebidas en el exoesqueletos, que definen trayectorias de movimiento y aplicación de fuerza. Exactamente cómo se mueve el dispositivo depende de la tarea y del estado del usuario, con sensores que determinan las necesidades; si un usuario comienza a correr, el dispositivo acelera los movimientos de apoyo, y si se detecta fatiga, la salida de energía puede aumentar.

Estos dispositivos continúan mostrando beneficios notorios para los usuarios en diversas tareas del mundo real.

L'un des premiers concepts connus a été breveté en 1890 par Nicholas Yagn, un inventeur russe autodidacte, qui a conçu un appareil portable pour l'exercice. En 1919, l'Américain Leslie C. Kelley a obtenu un brevet pour un appareil à vapeur destiné à soutenir la marche, l'un des premiers concepts d'exosquelette motorisé. À la fin des années 1960, plusieurs exosquelettes robotiques actionnés intégrant des systèmes de contrôle électroniques avaient été développés. Depuis, la recherche et le développement ont progressé rapidement, menant à des dispositifs aux applications commerciales et cliniques.

Les exosquelettes robotiques actifs modernes consistent généralement en un cadre mécanique léger avec des attaches ergonomiques au corps humain, généralement fixés au tronc, à la taille, et aux membres supérieurs ou inférieurs. Par exemple, le dispositif Hypershell vu en Ukraine se fixe à la taille et aux cuisses de l'utilisateur pour aider à la flexion et à l'extension de la hanche et renforcer le mouvement du corps inférieur. Le dispositif Suit X utilisé par IKEA se fixe au torse et aux membres supérieurs pour soutenir le dos et les épaules. Dans la plupart des exosquelettes motorisés, les actionneurs convertissent l'énergie électrique des batteries en mouvement mécanique, générant des forces qui soutiennent ou améliorent le mouvement du corps. Ceux-ci sont coordonnés par des unités de contrôle intégrées dans l'exosquelette, qui définissent les trajectoires de mouvement et l'application de force. Exactement comment le dispositif bouge dépend de la tâche et de l'état de l'utilisateur, avec des capteurs déterminant les besoins ; si un porteur commence à courir, le dispositif accélère les mouvements de soutien, et si de la fatigue est détectée, la sortie de puissance peut augmenter.

Ces dispositifs continuent à montrer des bénéfices notables pour les utilisateurs dans diverses tâches réelles.

सबसे पुरानी जानी जाने वाली अवधारणाओं में से एक को 1890 में आत्म-शिक्षित रूसी आविष्कारक निकोलास याग्न द्वारा पेटेंट किया गया था, जिन्होंने व्यायाम के लिए एक पहनने योग्य उपकरण का डिजाइन किया था। 1919 में, अमेरिकी लेसली सी. केली ने चलने का समर्थन करने के लिए एक भाप चालित उपकरण के लिए पेटेंट प्राप्त किया, जो चालित एक्सोस्केलेट की सबसे पहली अवधारणाओं में से एक थी। 1960 के दशक के अंत तक, इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणालियों के साथ कई चालित रोबोटिक एक्सोस्केलेट विकसित किए गए थे। तब से, अनुसंधान और विकास तेजी से आगे बढ़ा है, जिससे वाणिज्यिक और चिकित्सीय अनुप्रयोगों वाले उपकरणों का विकास हुआ है।

आधुनिक, सक्रिय रोबोटिक एक्सोस्केलेट आमतौर पर मानव शरीर के साथ एर्गोनॉमिक अटैचमेंट के साथ हल्के यांत्रिक फ्रेम से मिलते हैं, जो आमतौर पर ट्रंक, कमर और ऊपरी या निचले अंगों पर लगाए जाते हैं। उदाहरण के लिए, यूक्रेन में देखा गया Hypershell उपकरण उपयोगकर्ता की कमर और जांघों पर लगाया जाता है ताकि हिप फ्लेक्सन और एक्सटेंशन की मदद करें और निचले शरीर के गति को मजबूत करें। IKEA द्वारा उपयोग किया जाने वाला Suit X उपकरण पीठ और कंधों का समर्थन करने के लिए टॉरसो और ऊपरी अंगों पर लगाया जाता है। अधिकांश चालित एक्सोस्केलेट में, एक्चुएटर बैटरी से विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक गति में बदलते हैं, जो शरीर की गति का समर्थन या सुधार करने के लिए बल पैदा करते हैं। इन्हें एक्सोस्केलेट में एम्बेडेड नियंत्रण इकाइयां समन्वित करती हैं, जो गति ट्रैक्टरी और बल अनुप्रयोग की परिभाषा करती हैं। बिल्कुल कैसे उपकरण गति करता है यह कार्य और उपयोगकर्ता की स्थिति पर निर्भर करता है, सेंसर आवश्यकताओं को निर्धारित करते हैं; यदि कोई उपयोगकर्ता दौड़ना शुरू करता है, तो उपकरण समर्थन गति तेज करता है, और यदि थकावट महसूस की जाती है, तो पावर आउटपुट बढ़ सकता है।

ये उपकरण विभिन्न वास्तविक दुनिया के कार्यों में उपयोगकर्ताओं के लिए अभी भी अच्छे परिणाम दिखाते हैं।

Salah satu konsep awal yang diketahui dipatenkan pada tahun 1890 oleh Nicholas Yagn, seorang penemu Rusia yang belajar sendiri, yang merancang alat latihan yang dapat dipakai. Pada tahun 1919, Amerika Leslie C. Kelley mendapatkan paten untuk perangkat uap untuk mendukung berjalan, salah satu konsep eksoskeleton bertenaga pertama. Pada akhir tahun 1960, beberapa eksoskeleton robotik bertenaga yang menggabungkan sistem kontrol elektronik telah dikembangkan. Sejak saat itu, penelitian dan pengembangan maju dengan cepat, menghasilkan perangkat dengan aplikasi komersial dan klinis.

Eksoskeleton robotik aktif modern biasanya terdiri dari kerangka mekanis ringan dengan lampiran ergonomis ke tubuh manusia, biasanya dipasang pada badan, pinggang, dan anggota tubuh bagian atas atau bawah. Misalnya, perangkat Hypershell yang terlihat di Ukraina dipasang pada pinggang dan paha pengguna untuk membantu fleksi dan ekstensi pinggul dan memperkuat gerakan tubuh bagian bawah. Perangkat Suit X yang digunakan oleh IKEA dipasang pada badan dan anggota tubuh bagian atas untuk mendukung punggung dan bahu. Pada kebanyakan eksoskeleton bertenaga, aktuator mengkonversi daya listrik dari baterai menjadi gerakan mekanik, menghasilkan kekuatan yang mendukung atau meningkatkan gerakan tubuh. Ini dikoordinasikan oleh unit kontrol yang tertanam dalam eksoskeleton, yang mendefinisikan lintasan gerakan dan penerapan kekuatan. Persis bagaimana perangkat bergerak tergantung pada tugas dan status pengguna, dengan sensor menentukan kebutuhan; jika pengguna mulai berlari, perangkat mempercepat gerakan pendukung, dan jika kelelahan terdeteksi, output daya dapat meningkat.

Perangkat ini terus menunjukkan manfaat yang signifikan untuk pengguna dalam berbagai tugas di dunia nyata.

最も初期の知られる概念の一つは、1890年に独学のロシア人発明家ニコラス・ヤインによって特許取得され、彼は運動用の着用可能な装置を設計した。1919年、アメリカ人レズリー・C・ケリーは、歩行を支援する蒸気駆動装置の特許を取得し、これは動力駆動エクソスケルトの最初の概念の一つだった。1960年代の終りまでに、電子制御システムを組み込み複数の駆動ロボットエクソスケルトが開発された。それ以来、研究開発は急速に進展し、商用および臨床応用を持つデバイスが生み出された。

現代の能動的ロボットエクソスケルトは、通常、人間の身体に ergonomicな取り付け部品を持つ軽い機械的フレームから構成され、通常、体幹、腰部、上肢または下肢に固定される。例えば、ウクライナで見られるHypershellデバイスは、ユーザーの腰部と大腿に取り付けられ、髋関節の屈曲と伸展を支援し、下肢の運動を強化する。IKEAで使用されるSuit Xデバイスは、背部と肩を支援するため、体幹と上肢に固定される。大多数の動力駆動エクソスケルトでは、アクチュエーターがバッテリーの電気エネルギーを機械的運動に変換し、身体の運動を支援または強化する力を生成する。これらの力は、エクソスケルトに埋め込まれた制御单元によって調整され、運動軌跡と力の適用を定義する。デバイスが正確にどう動くかは、タスクとユーザーの状態に依存し、センサーがニーズを判断する；ユーザーが走り出すと、デバイスは支援的な運動を加速し、疲労が検出されると、出力が増加する可能性がある。

これらのデバイスは、現実の様々なタスクでユーザーに著しい利益を提供し続けている。

主要エンティティ：企業：IKEA | 人物：Nicholas Yagn, Leslie C. Kelley | 場所：Ukraine

FAQ：現代のエクソスケルトはユーザーの運動をどう強化するのか？

現代のエクソスケルトは、埋め込みセンサーと制御单元を使用し、バッテリーのエネルギーを機械的運動に変換するアクチュエーターを調整する。デバイスはユーザーの活動に基づいて支援を調整し、疲労が検出されると出力を増加させたり、走る際に運動を加速するなどする。

Um dos primeiros conceitos conhecidos foi patenteado em 1890 por Nicholas Yagn, um inventor russo autodidata, que projetou um aparelho vestível para exercícios. Em 1919, o americano Leslie C. Kelley recebeu uma patente para um dispositivo a vapor para apoiar a caminhada, um dos primeiros conceitos de exoesqueleto movido a energia. Até o final dos anos 1960, múltiplos exoesqueletos robóticos acionados incorporando sistemas de controle eletrônicos haviam sido desenvolvidos. Desde então, pesquisa e desenvolvimento avançaram rapidamente, levando a dispositivos com aplicações comerciais e clínicas.

Exoesqueletos robóticos ativos modernos geralmente consistem em um quadro leve com anexos ergonômicos ao corpo humano, geralmente fixados no tronco, cintura e membros superiores ou inferiores. Por exemplo, o dispositivo Hypershell visto na Ucrânia se fixa na cintura e coxas do usuário para ajudar na flexão e extensão do quadril e fortalecer o movimento do corpo inferior. O dispositivo Suit X usado pela IKEA se fixa no torso e membros superiores para apoiar as costas e ombros. Na maioria dos exoesqueletos movidos a energia, os atuadores convertem energia elétrica das baterias em movimento mecânico, gerando forças que apoiam ou melhoram o movimento do corpo. Estes são coordenados por unidades de controle embutidas no exoesqueleto, que definem trajetórias de movimento e aplicação de força. Exatamente como o dispositivo se move depende da tarefa e do estado do usuário, com sensores determinando as necessidades; se um usuário começa a correr, o dispositivo acelera os movimentos de apoio, e se a fadiga é detectada, a saída de energia pode aumentar.

Estes dispositivos continuam a mostrar benefícios notáveis para os usuários em diversas tarefas do mundo real.

Одно из самых ранних известных изобретений было запатентовано в 1890 году Николаем Ягным, самоучкой изобретателем из России, который разработал носимое устройство для тренировок. В 1919 году американец Лесли К. Келли получил патент на паровое устройство для поддержки ходьбы, одно из первых концепций экзоскелета с приводом. К концу 1960-х годов было разработано несколько роботизированных экзоскелетов с электронной системой управления. С тех пор исследования и разработки продвигаются rapidly, приводя к устройствам с коммерческим и клиническим применением.

Современные активные роботизированные экзоскелеты обычно состоят из легкой механической рамы с эргономичными креплениями к человеческому телу, обычно закрепляемым на туловище, талии и верхних или нижних конечностях. Например, устройство Hypershell,_seen в Ukraine, крепится к талии и бедрам пользователя, чтобы помочь с сгибанием и разгибанием тазобедренного сустава и усилить движение нижних конечностей. Устройство Suit X, используемое IKEA, крепится к туловищу и верхним конечностям для поддержки спины и плеч. В большинстве экзоскелетов с приводом actuators превращают электрическую энергию из батарей в механическое движение, создавая силы, которые поддерживают или усиливают движение тела. Эти силы координируются блоками управления, встроенными в экзоскелет, которые определяют траектории движения и приложение силы. Точно, как устройство движется, зависит от задачи и состояния пользователя, с датчиками, определяющими потребности; если пользователь начинает бежать, устройство ускоряет поддерживающие движения, и если обнаруживается усталость, мощность может быть увеличена.

Эти устройства продолжают показывать заметные преимущества для пользователей в различных задачах в реальном мире.

最早的概念之一由自学成才的俄罗斯发明家Nicholas Yagn于1890年获得专利，他设计了一种用于锻炼的可穿戴装置。1919年，美国人Leslie C. Kelley获得了一项蒸汽动力步行支撑装置的专利，这是最早的有源外骨骼概念之一。到20世纪60年代末，已开发出多种配备电子控制系统的驱动机器人外骨骼。此后，研发工作迅速推进，推动了具有商业和临床应用价值的设备出现。

现代主动式机器人外骨骼通常由轻质机械框架组成，配有符合人体工程学的附件，通常固定在躯干、腰部以及上肢或下肢。例如，在乌克兰使用的Hypershell设备固定在用户腰部和大腿上，以辅助髋关节屈伸并增强下肢运动。IKEA使用的Suit X设备固定在躯干和上肢上，以支撑背部和肩部。在大多数有源外骨骼中，执行器将电池中的电能转化为机械运动，产生支撑或增强身体运动所需的力。这些力由嵌入外骨骼中的控制单元协调，这些单元定义运动轨迹和力的应用。设备具体如何移动取决于任务和用户状态，传感器确定需求；如果佩戴者开始跑步，设备会加快支持性运动，如果检测到疲劳，功率输出可能会增加。

这些设备在各种现实世界任务中继续为用户带来显著益处。

关键实体：公司：IKEA | 人物：Nicholas Yagn, Leslie C. Kelley | 地点：乌克兰

FAQ：现代外骨骼如何增强用户运动？

现代外骨骼使用嵌入式传感器和控制单元来协调执行器，将电池电力转化为机械运动。设备根据用户活动调整支持，例如在检测到疲劳时增加功率输出，或在跑步时加快运动速度。