Exoskeleton může podpírat těžký náklad, a přesto člověku chůzi ztížit. Armádní zkoušky i novější výzkum ukazují, proč je nutné rozlišovat nosnost konstrukce, spotřebu energie a skutečnou výdrž. Lehké pomůcky pro konkrétní pohyb přitom nabízejí jinou cestu než opora celé dolní poloviny těla.
Voják nese stejný náklad, jde stejnou rychlostí a tentokrát mu pomáhá vnější konstrukce. Přístroje však naměří vyšší spotřebu kyslíku. Takový výsledek přinesla studie amerických vojáků zveřejněná v roce 2010: zařízení určené k podpoře nákladu jejich tělu práci neusnadnilo.
Neznamená to, že exoskeletony nemohou fungovat. Znamená to, že u nich nestačí ukázat člověka s těžkým batohem. Rozhoduje, co se děje během pohybu a zda pomoc zařízení převáží nad zátěží, kterou samo přidává.
Nosnost konstrukce a úspora sil jsou dva různé výsledky
Exoskeleton je vnější soustava připevněná k tělu, která má pomáhat s pohybem nebo zatížením. Pod jedním názvem se skrývají značně odlišné konstrukce: opory nohou, zařízení kolem kotníků i pomůcky pro paže. Některé používají pohon, jiné pracují bez motorů. Fotografie rozměrné vojenské výstroje proto sama neříká nic o tom, jakou pomoc její nositel skutečně dostane.
Při chůzi není podstatné jen udržet náklad nad zemí. Člověk se musí s celou soustavou pohybovat. Hmotnost přidaná na končetiny, ztráty v mechanismu a načasování podpory mohou výsledek změnit. Právě omezení přidané hmotnosti a správnou dodávku mechanické práce zdůraznil výzkum autonomního exoskeletonu Massachusettského technologického institutu (MIT).
Užitečné je oddělit tři otázky. Kolik konstrukce unese? Kolik energie při daném úkolu spotřebuje člověk? A dokáže díky ní úkol plnit déle nebo snáze? Každá potřebuje vlastní měření. Podobně ani nízká cena laserového výstřelu nevypovídá sama o provozu celé obranné soustavy.
Starší prototyp zvýšil vojákům spotřebu kyslíku
V práci týmu Karen Gregorczyk z roku 2010 šlo o prototyp exoskeletonu dolní části těla. Devět příslušníků americké armády chodilo po rovině s náklady 20, 40 a 55 kilogramů. Jednotlivé zkoušky trvaly osm minut, rychlost činila přibližně 4,8 kilometru za hodinu. Výzkumníci porovnávali chůzi se zařízením a bez něj.
Průměrná spotřeba kyslíku přepočtená na tělesnou hmotnost byla s exoskeletonem o 60 procent vyšší. I po přepočtu na celkovou hmotnost člověka a nesené soustavy zůstával nárůst 41 procent. Jsou to dva způsoby vyjádření výsledku téže studie, nikoli dvě nezávislé zkoušky.
Pro tento prototyp a tento úkol tedy slib energetické úlevy nevyšel. Z výsledku ovšem nelze udělat tvrzení, že všechny exoskeletony zvyšují námahu o 60 procent. Údaj patří malé skupině, konkrétnímu zařízení a přesně vymezenému režimu chůze.
Pomoc u kotníků uspěla, delší výdrž ale není samozřejmá
Jiný přístup zkoumal tým MIT ve studii z roku 2014. Bateriově napájené zařízení pomáhalo u kotníků při odrazu. Sedm účastníků šlo na běžeckém pásu po rovině rychlostí 5,4 kilometru za hodinu a neslo vestu o hmotnosti 23 kilogramů. Ve srovnání s chůzí bez zařízení se metabolické náklady snížily v průměru přibližně o osm procent.
Výsledek je důležitý právě použitým srovnáním. Přínos se neměřil jen proti témuž zařízení s vypnutou pomocí, ale proti chůzi bez něj. Taková kontrola zahrnuje i nevýhodu přidané konstrukce. Osmiprocentní úspora nicméně platila pro daný laboratorní protokol, nikoli automaticky pro celodenní přesun v terénu.
Podobně střízlivě je třeba číst pilotní studii kotníkové pomůcky EB60 ExoBoot z roku 2025. Devět zdravých dobrovolníků absolvovalo chůzi na pásu s batohem odpovídajícím 30 procentům tělesné hmotnosti. Výzkumníci zjistili nižší spotřebu energie za minutu, ale neprokázali rozdíl v době do vyčerpání ani ve vnímané námaze. Nešlo přitom o skupinu devíti vojáků.
U části účastníků zkoušku ovlivňovalo nepohodlí bot či batohu; autoři proto provedli i srovnání časově shodných úseků. Nižší energetická náročnost je slibný výsledek, který se však v tomto pokusu nepřeložil do doložené delší výdrže. Právě takový rozdíl se snadno ztratí v titulku o „silnějším vojákovi“.
SABER se zaměřil na zvedání a obešel se bez motorů
Další možností je zúžit zadání. Americká armáda v roce 2022 představila vývoj obleku SABER s Vanderbiltovou univerzitou, zaměřeného na fyzicky náročnou manipulaci se zásobami. Cílem byla pomoc při opakovaném zvedání, které patří i k vojenské logistice.
SABER, zkratka názvu Soldier Assistive Bionic Exosuit for Resupply, tedy bionický podpůrný oblek pro zásobování vojáků, využívá pružné pásy a nemá motory ani baterie. Ve studii publikované roku 2023 vážil testovaný prototyp 1,2 kilogramu. Při předklonu se pásy napínají a pomáhají zádům; podporu lze odpojit, když by překážela jinému pohybu.
Jedenáct vojáků 101. výsadkové divize jej při polním výcviku nosilo dvě až čtyři hodiny. Z deseti, kteří dokázali posoudit vliv na plnění úkolů, jich devět uvedlo zlepšení. Jedenáctý během testování nezvedal břemena a odpověděl, že si není jistý. Těchto 90 procent tedy vyjadřuje názor devíti z deseti hodnotících, nikoli devadesátiprocentní zvýšení výkonu.
Šlo o hodnocení přijatelnosti a zkušenosti uživatelů. Samo nedokazuje pokles počtu zranění ani energetickou úsporu při pochodu. V civilní práci zase MATE-XT podle dokumentace výrobce pomáhá horním končetinám bez motorů. Ukazuje šíři stejné skupiny pomůcek, ale jeho úkol ani výsledky nelze zaměňovat se SABERem.
Procenta potřebují podmínky, přepočty kontrolu
Popsané zkoušky nejsou žebříčkem zařízení. Starší prototyp, pomoc u kotníků a pružná opora zad řeší různé úkoly. Srovnatelné je především to, jaký závěr jejich měření dovoluje: spotřeba kyslíku vypovídá o energetické náročnosti, dotazník o zkušenosti uživatele a čas do vyčerpání o výdrži v daném testu. Jedna veličina nezastupuje ostatní.
Při kontrole studie EB60 jsme narazili také na nesoulad v modelovém přepočtu. Autoři uvádějí rozdíl 1,06 kilokalorie za minutu a v diskusi zmiňují úsporu přibližně 382 kilokalorií během tříhodinového pochodu. Z těchto vstupů ale vychází 1,06 × 180 minut = 190,8 kilokalorie, tedy přibližně 191. Uvedených 382 z nich získat nelze.
Ani opravený výpočet není výsledkem tříhodinové zkoušky. Předpokládá, že by se minutová úspora po celou dobu nezměnila, což tento pokus neověřil. Je to názorný důvod rozlišovat naměřený rozdíl, modelový odhad a výkon člověka v reálné službě.
U exoskeletonů tak stojí za pozornost stejné rozlišení mezi technickým principem a provozním výsledkem, které provází i vývoj elektromagnetického děla. Pomůcka může dobře zvládnout dílčí úkol, aniž splní všechny původní představy. O její hodnotě nakonec rozhodne konkrétní práce, při které člověku pomůže víc, než mu sama překáží.
