Forskere udvikler selv-gående robotiske eksoskeletter

Robotforskerne ved University of Waterloo arbejder på en af de næste store udviklinger inden for robotteknologi: selv-gående robotiske eksoskeletter. Den nye teknologi, der inkluderer proteser, kan tænke og bevæge sig selv ved hjælp af kunstig intelligens (AI).

De nyligt udviklede systemer afhænger af en kombination af AI og computer vision til at efterligne, hvordan mennesker går, ved at observere deres omgivelser og justere bevægelser.

Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics. Det var en del af en længere række af forskningsartikler, og det er titlen “Simulation of Stand-to-Sit Biomechanics for Robotic Exoskeletons and Prostheses with Energy Regeneration.”

Brokoslaw Lashowski er en ph.d.-stipendiat i systemdesign. Hun leder i øjeblikket forskningsprojektet, ExoNet, på universitetet.

“Vi giver robotiske eksoskeletter vision, så de kan kontrollere sig selv,” sagde Laschowski.

Trods, at der allerede findes eksoskeletben, der styres af motorer, er de ikke ideelle, da de kræver manuel kontrol fra brugeren via smartphone-apps eller joystick.

“Det kan være besværligt og kognitivt krævende,” sagde Laschowski. “Hver gang du vil udføre en ny locomotoraktivitet, må du stoppe, tage din smartphone frem og vælge den ønskede tilstand.”

AI og bærbare kameraer

For at forbedre dette system og overvinde nogle af disse begrænsninger, udstyrede forskningsholdet eksoskeletter med bærbare kameraer og optimerede AI-computersoftware, så videooptagelserne kunne bearbejdes effektivt og nøjagtigt, og genkende hindringer som trapper, døre og andre aspekter af omgivelserne.

Forskningsholdet vil nu sende instruktioner til motorerne, så de robotiske eksoskeletter kan blive endnu mere imponerende. Når dette er opnået, kan de klatre op ad trapper og undgå forskellige hindringer. Derudover kan de analysere brugerens nuværende bevægelse samt den kommende terræn, for at træffe passende handlinger.

Laschowski er under vejledning af John McPhee, en professor i ingeniørvidenskab og Canada Research Chair i Biomechatronic System Dynamics.

“Vores kontroltilgang kræver ikke nødvendigvis menneskelig tanke,” sagde Laschowski. “Ligesom selvkørende biler, der kører selv, designer vi selvstændige eksoskeletter og proteser, der går for sig selv.”

Et andet af forskernes mål er at forbedre energienheden for motorerne i robotiske skeletter ved at bruge selvopladede batterier gennem menneskelig bevægelse.

Fremme af eksoskeletter

Det nye arbejde fra forskningsholdet tager udviklingen af eksoskeletter til næste niveau. I de seneste år har der været forskellige fremskridt inden for feltet. For eksempel Honda annoncerede i 2019, at de udviklede eksoskeletter til at forstærke menneskelig styrke. Samtidig brugte man i Japan eksoskeletter til at hjælpe mennesker med at fortsætte med at arbejde, mens de blev ældre.

Men selv-gående robotiske skeletter er langt sværere at opnå, og det er, hvad der gør denne nye udvikling så spændende og værdifuld.