Forskere udvikler selv-gående robotisk ekso-skeletter

Robotikforskere ved University of Waterloo arbejder på en af de næste store udviklinger inden for robotikfeltet: selv-gående robotiske ekso-skeletter. Den nye teknologi, der inkluderer proteseben, kan tænke og bevæge sig på egen hånd 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 har titlen “Simulation of Stand-to-Sit Biomechanics for Robotic Exoskeletons and Prostheses with Energy Regeneration.”

Brokoslaw Lashowski er en PhD-kandidat i systemdesign og ingeniørvidenskab. Hun leder i øjeblikket forskningsprojektet, ExoNet, på universitetet.

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

Selv om der allerede findes ekso-skeletben, der styres af motorer, er de ikke ideelle, da de kræver manuel kontrol fra brugerne via smartphone-apps eller joystick.

“Det kan være besværligt og kognitivt krævende,” sagde Laschowski. “Hver gang du vil udføre en ny lokomotoraktivitet, 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 ekso-skeletter 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 ekso-skeletter kan blive endnu mere imponerende. Når dette er opnået, kan de klatre op ad trapper og undgå forskellige hindringer. Oven i købet kan de analysere brugerens nuværende bevægelse samt den kommende terræn for at træffe passende handlinger.

Laschowski er superviseret af John McPhee, en ingeniørprofessor og Canada Research Chair i Biomechatronic System Dynamics.

“Vores kontroltilgang kræver ikke nødvendigvis menneskelig tanke,” sagde Laschowski. “Ligesom selvstyrende biler, der kører selv, designer vi selvstyrende ekso-skeletter og proteseben, der går for sig selv.”

Et andet af forskernes mål er at forbedre energienæringen af motorer til robotiske skeletter ved at bruge selv-opladte batterier gennem menneskelig bevægelse.

Fremme af ekso-skeletter

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

Selv-gående robotiske skeletter er dog langt sværere at opnå, hvilket gør denne nye udvikling så spændende og værdifuld.