Den kommer inte att få dig att se ut som Iron Man, men Guardian XO gör det möjligt för dig att lyfta 30 kilo utan att svettas

För ett år sedan, i samband med IEEE Spectrums specialrapport om den bästa tekniken för 2019, lovade Sarcos Robotics att de vid årets slut skulle vara redo att leverera ett drivet exoskelett som skulle bli framtiden för industriellt arbete. I slutet av förra månaden bjöd Sarcos in oss till Salt Lake City, Utah, för att se hur den framtiden ser ut.

Sarcos har utvecklat drivna exoskeletter och den robotteknik som gör dem möjliga i årtionden, och lobbyn i företagets huvudkontor är en viloplats för koncept och prototyper av hårdvara som övergivits längs vägen. Men nu är Sarcos redo att avslöja prototypen av Guardian XO, ett exoskelett som multiplicerar styrkan och som är på väg att börja levereras.

När vår inledande genomgång avslutas är Sarcos vd Ben Wolff märkbart uppspelt över att kunna visa upp vad de har arbetat med i sitt labb. ”Om du skulle ställa frågan: Hur ser 30 år och 300 miljoner dollar ut”, säger Wolff till oss, ”kommer du att se det där nere.”

Det här är vad vi ser där nere:

Hur Guardian XO fungerar

Sarcos Guardian XO är ett 24-graders frihetsgrader fritt helkroppsrobot-exoskelett. När en människa bär det kan hon eller han lyfta 90 kg samtidigt som det känns som om hon eller han bara lyfter 4,5 kg. Guardian XO är helt elektrisk och obunden med en drifttid på 2 timmar, och batteripaket som kan bytas ut vid varmstart kan hålla den igång en hel arbetsdag. Det tar några sekunder att sätta på och ta av den, och Sarcos säger att nya användare kan utbildas i att använda systemet på några minuter. En Guardian XO kostar 100 000 dollar per år att hyra, och företaget kommer att skicka sin första omgång alfaenheter till kunder (inklusive både tung industri och den amerikanska militären) i januari.

I praktisk mening är Guardian XO en humanoid robot som använder en riktig människa som sitt kommando- och kontrollsystem. Eftersom företag av alla slag strävar efter att öka effektiviteten genom automatisering anser Sarcos att den mest effektiva lösningen är en direkt kombination av människor och maskiner, där människans intelligens och omdöme förstärks med robotarnas styrka och uthållighet. (Investerare i företaget är bland annat Caterpillar, GE Ventures, Microsoft och Schlumberger.)

Det första man måste förstå om Guardian XO är att den liksom en humanoid robot är självförsörjande. Eftersom den har egna ben och fötter går dräktens vikt på 150 pund (och allt den bär) förbi användaren och överförs direkt till marken. Du spänner inte fast roboten på dig – du spänner fast dig själv på roboten, en process som tar mindre än en minut. Så även om det ser tungt och skrymmande ut (och det är definitivt båda dessa saker) är åtminstone systemets vikt inte något som användaren upplever direkt. Du kan se hur det fungerar genom att titta på Guardian XO-operatören Fletcher Garrison som lyfter alla typer av nyttolaster i videon nedan.

Hands On With the Guardian XO

När Sarcos hörde av sig och frågade om vi ville komma till Salt Lake City för att prova XO tackade vi genast ja (avslöjande: Sarcos täckte våra kostnader för att närvara vid ett medieevenemang förra månaden). Men vi blev besvikna när vi i slutändan bara fick prova en enarmad version av exoskelettet. Jag erbjöd mig till och med att skriva under ytterligare undantag, men företaget släppte tyvärr inte in mig i den fullständiga dräkten. Så min erfarenhet av exo var ganska begränsad – en hands-on, bokstavligen, av en enda XO-arm.

Det var ändå en fantastisk känsla. Armen jag testade, som enligt Sarcos använder samma styrsystem som helkroppsdräkten, var otroligt lätt att använda. När det gäller styrning är allt exo försöker göra att gå ur vägen för dina lemmar: Den använder kraftsensorer för att upptäcka varje rörelse som du gör och rör sedan sina egna lemmar parallellt, vilket gör att den smidigt matchar din kropp med sin egen hårdvara. Om du tar ett steg tar den ett steg med dig. Om du svänger din arm fram och tillbaka svänger den sin arm fram och tillbaka på samma sätt, precis bredvid din. Det finns ingen märkbar fördröjning i denna process, och den är så intuitiv att Sarcos säger att de flesta människor tar bara en minut eller två för att bli bekväma med att använda systemet, och bara en timme eller två för att bli bekväma med att arbeta i det.

Guardian XO kan förstärka användarens styrka ända upp till att få en last på 200 pund att kännas som om den väger noll pund. Typiskt sett är det dock inte så exoskelettet fungerar, eftersom det kan vara förvirrande att lyfta något tungt utan att det känns som om man lyfter något alls. Det är bättre att tänka på exo som ett verktyg som gör dig starkare än ett verktyg som gör föremål viktlösa, särskilt eftersom du fortfarande måste hantera tröghet. Kom ihåg att även om något inte har någon uppenbar vikt (antingen för att du befinner dig i rymden eller för att du håller det med ett drivet exoskelett) har det fortfarande massa, vilket du måste vara medveten om när du försöker flytta det eller stoppa det från att röra sig. Mängden hjälp som exo:n ger dig är lätt att justera; den har en grafisk kontrollpanel på vänster handled.

Hur säkert är exoskelettet?

Med ett så kraftfullt robotsystem (XO har ett maximalt vridmoment på cirka 4000 inch-pounds, eller 450 newtonmeter) gjorde Sarcos säkerheten till högsta prioritet. För att flytta Exos armar måste dina händer till exempel hålla ned avtryckare. Om du släpper avtryckarna (oavsett anledning) kommer armarna att låsas på plats, vilket har den extra fördelen att exo kan hålla upp saker åt dig medan du t.ex. kollar din telefon. Alla leder är hastighetsbegränsade, vilket innebär att du inte kan kasta ett slag med exo:n – de berättade detta för mig under min demo, så självklart försökte jag, och lederna låste sig själva så fort jag överskred deras säkerhetströskel. Om systemet förlorar strömmen av någon anledning shuntas strömmen tillbaka genom motorerna, vilket gör att de stannar gradvis snarare än plötsligt. Och genom sin konstruktion kan lederna inte överskrida ett mänskligt rörelseomfång, vilket innebär att exoskelettet inte kan böja eller vrida sig på ett sätt som skulle kunna skada dig. Intressant nog är Guardian XO:s ledhastigheter lätt tillräckligt snabba för att du ska kunna springa, även om detta också har begränsats av säkerhetsskäl.

Vi frågade om det var någon större risk att falla ner, men det visar sig att det är mycket enklare att ha en människa i kontrollslingan för att kontrollera det problemet. Sarcos har inte behövt programmera Guardian XO för att balansera sig själv, eftersom människan inuti gör allt detta naturligt. Att någon försöker knuffa omkull dig när du sitter i exoskelettet skiljer sig inte från att någon försöker knuffa omkull dig när du inte sitter i det, eftersom du behåller din egen balans i båda fallen. Om du skulle falla omkull hävdar Sarcos att exoskelettet är konstruerat som en rullbur, så oddsen är att du klarar dig, även om det inte är klart hur lätt det skulle vara att ta sig ur det efteråt (eller att få bort det från dig).

En mer oroande fråga är hur XO kommer att fungera i närheten av andra människor. Även om dess massa och skrymmande storlek kanske inte gör så stor skillnad för användaren, verkar det som om samarbete skulle kunna bli ett problem, liksom att arbeta i små utrymmen eller i närheten av något ömtåligt. Dräkten har kraftåterkoppling så att du känner om du kommer i kontakt med något, men då kan det vara för sent att förhindra en olycka.

Energieeffektivitet och tillförlitlighet

Effektivitet kanske inte verkar vara så viktigt för ett exoskelett som detta, men det som Sarcos har lyckats med är mycket imponerande. Guardian XO använder cirka 500 watt när den är fullt funktionsduglig – det vill säga när den bär 160 lbs och går i en hastighet av 3 mph. För att sätta detta i ett sammanhang kan nämnas att SRI:s DURUS-robot, som utformades särskilt för effektivitet (och som är betydligt mindre och lättare än Guardian XO), använde 350 watt när den bara gick. ”Det är verkligen en av våra viktigaste innovationer”, säger Chris Beaufait, COO för Sarcos. ”Det finns inte många robotar i världen som är lika effektiva som det vi gör.” Dessa innovationer kommer i form av energiåtervinningsmekanismer, minskningar av antalet enskilda datorer ombord och att få allt så tätt integrerat som möjligt. Med ett par batteripaket på 12 lb 500 watt-timmar kan exoskelettet fungera i över två timmar vid normal användning, och Sarcos räknar med att förbättra effektiviteten från 500 watt till 425 watt eller bättre i januari.

Då Guardian XO är en kommersiell produkt måste den vara tillräckligt tillförlitlig för att vara ett praktiskt verktyg som är kostnadseffektivt att använda. ”Skillnaden mellan att vara en R&D-verkstad som kan bevisa ett koncept jämfört med att göra en kommersiellt gångbar produkt som är robust – det kräver helt andra färdigheter och tankesätt”, berättade Wolff, VD, för oss. ”Det har varit en utmaning. Jag tror att det är den största utmaningen som robotföretag har, och vi har lagt ner mycket blod, svett och tårar på det.”

Wolff säger att framtida XO-versioner (inte den alfamodell som kommer att levereras i januari) kommer att kunna gå utomhus över utmanande terräng, genom en meter lera och i regn eller snö. Den kommer att kunna gå upp och ner för trappor, även om de för närvarande arbetar med att se till att detta kommer att vara säkert. Wolff berättar att man förväntar sig att det inte kommer att krävas mycket löpande service eller underhåll för exoens kunder. Vi är inte säkra på att vi delar Sarcos självförtroende ännu – detta är ett komplext system som kommer att användas av icke-ingenjörer i halv- och ostrukturerade miljöer. Många oväntade scenarier kan inträffa, och tills de gör det vet vi inte säkert hur väl Guardian XO kommer att klara sig i verkligheten.

Guardian XO Applications

Guardian XO har utformats för att rikta in sig på vissa specifika (men också mycket vanliga) typer av arbeten som kräver att människor upprepade gånger lyfter tunga saker. Dessa arbeten är i allmänhet inte automatiserbara, eller åtminstone inte automatiserbara på ett kostnadseffektivt sätt – det krävs mänsklig skicklighet. Dessa jobb är också arbetsintensiva, vilket skapar både kortsiktiga och långsiktiga problem för mänskliga arbetstagare. På kort sikt leder akuta skador (t.ex. ryggskador) till förlorad produktivitet. På lång sikt leder dessa skador till allvarliga medicinska problem för arbetstagarna, av vilka många bara kan fungera i mellan fem och åtta år innan deras kroppar skadas permanent.

Wolff anser att det är här som det finns en möjlighet för drivna exoskeletter. Att använda Guardian XO för att avlasta den typ av uppgifter som belastar en arbetares kropp innebär att människor kan arbeta på ett jobb längre utan att skadas. Och de kan fortsätta att arbeta på samma jobb när de blir äldre, eftersom exoskelettet tar jobb som tidigare handlade om styrka och i stället gör dem till en fråga om skicklighet och erfarenhet.

Det sorgliga faktum är förstås att inget av detta om arbetstagarnas hälsa skulle spela någon större roll om företagen inte kunde övertygas om att exoskeletter också kan spara pengar. Som tur är för arbetstagarna är det ett lätt argument att framföra. Eftersom Guardian XO kan lyfta 200 pund säger Wolff att den kan förbättra användarens produktivitet med upp till en storleksordning: ”Sammantaget ser vi över hela linjen en förbättrad produktivitet på någonstans mellan 4 och 10 gånger i de användningsfall som vi har tittat på. Det innebär att en arbetstagare i ett exoskelett kan utföra det arbete som fyra till tio anställda utför utan att kroppen utsätts för någon stress eller belastning.”

I den fyrdubbla änden av skalan handlar det bara om att kunna lyfta mer och längre. OSHA rekommenderar en maximal belastning för en person på 51 pund, en siffra som justeras nedåt om föremålet måste lyftas upprepade gånger, hållas länge eller flyttas. Med Guardian XO kan en arbetstagare lyfta fyra gånger så mycket i timmar, samtidigt som han eller hon går i en hastighet på upp till 3 km/tim. Saker och ting är lite mer komplicerade i 10x-ändan av skalan, men du kan föreställa dig ett enda föremål på 200 pund som kräver en lyftkran plus flera personer för att hantera det. Det handlar inte bara om de extra personerna – det handlar också om den extra tid och infrastruktur som krävs, när en enskild arbetstagare i en Guardian XO bara skulle kunna plocka upp samma föremål och flytta det själv.

Den uppenbara frågan vid det här laget är om införandet av drivna exoskeletter kommer att leda till att människor blir arbetslösa. Wolff insisterar på att detta inte är verkligheten i branschen just nu, eftersom det verkliga problemet är att hitta kvalificerad arbetskraft att anställa i första hand. ”Ingen av våra kunder talar om att avskeda folk”, säger Wolff. ”Alla talar om att de helt enkelt inte kan producera tillräckligt med produkter eller tjänster för att hålla sina kunder nöjda.” Det borde också göra arbetstagarna nöjda. Wolff berättar att de har fått ”entusiastiska reaktioner” från arbetare som har provat Guardian XO, och att deras enda fråga är om exoskelettet kan justeras för att passa personer med olika former och storlekar. De första enheterna kommer att vara justerbara för personer med en längd på mellan 1,75 och 1,80 meter, men nästa år lovar Sarcos att de kommer att vara justerbara nog för att täcka 90 procent av den amerikanska arbetskraften.

Kostnad och tillgänglighet

”Vi hade inte kunnat göra detta till en ekonomiskt gångbar produkt för tre år sedan”, säger Wolff. ”Storleken, kraften, vikten och kostnaden för alla komponenter som vi använder – allt detta har nu kommit till en punkt där detta är kommersiellt genomförbart.” För Sarcos och de företag som de samarbetar med innebär det att varje exoskelett kostar cirka 100 000 dollar per år. Alfaenheterna kommer att gå till företag som har råd med minst 10 stycken på en gång, och Sarcos kommer att skicka en dedikerad ingenjör med varje parti. Guardian XO säljs som en tjänst snarare än som en produkt – åtminstone för tillfället är det mer av en hyrbil med dedikerad kundsupport. ”Målet är att det här ska vara helt enkelt att hantera och använda”, säger Wolff och tillägger att Sarcos förväntar sig att lära sig en hel del under de närmaste månaderna när exoskeletterna börjar användas. Kommersiella versioner ska levereras senare under 2020.

Jag såg till att fråga Wolff när jag kanske kan hyra en sådan här sak från min lokala järnaffär nästa gång jag måste flytta, men besviket nog tror han inte att det kommer att ske inom en snar framtid. Sarcos har fortfarande en hel del att lära sig om hur man gör affärer av exoskeletter, och de vill hellre hålla förväntningarna realistiska än att lova någon en Iron Man-dräkt. Det är dock för sent för mig – jag har sett vad Guardian XO kan göra. Och jag vill ha en.