Forscher entwickeln selbstgehende Roboter-Exoskelette

Robotik-Forscher an der University of Waterloo arbeiten an einer der nächsten großen Entwicklungen im Bereich der Robotik: selbstgehende Roboter-Exoskelette. Die neue Technologie, die auch Prothesenbeine umfasst, kann dank künstlicher Intelligenz (KI) selbstständig denken und sich bewegen.

Die neu entwickelten Systeme basieren auf einer Kombination aus KI und Computer-Vision, um die Art und Weise, wie Menschen gehen, nachzuahmen, indem sie ihre Umgebung beobachten und ihre Bewegungen anpassen.

Die Forschung wurde in der Zeitschrift IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics veröffentlicht. Es war Teil einer längeren Reihe von Forschungsarbeiten und trägt den Titel “Simulation von Stand-to-Sit-Biomechanik für Roboter-Exoskelette und Prothesen mit Energie-regeneration”.

Brokoslaw Lashowski ist ein PhD-Kandidat im Bereich Systemdesign-Engineering. Sie leitet derzeit das Forschungsprojekt ExoNet an der Universität.

“Wir geben Roboter-Exoskeletten das Sehen, damit sie sich selbstständig kontrollieren können”, sagte Laschowski.

Trotz der bereits existierenden Exoskelett-Beine, die von Motoren gesteuert werden, sind sie nicht ideal, da sie eine manuelle Steuerung durch Benutzer über Smartphone-Apps oder Joysticks erfordern.

“Das kann unbequem und kognitiv anspruchsvoll sein”, sagte Laschowski. “Jedes Mal, wenn Sie eine neue Bewegungsaktivität ausführen möchten, müssen Sie anhalten, Ihr Smartphone herausnehmen und den gewünschten Modus auswählen.”

KI und tragbare Kameras

Um dieses System zu verbessern und einige dieser Einschränkungen zu überwinden, rüstete das Forschungsteam Exoskelette mit tragbaren Kameras aus und optimierte die KI-Computer-Software, damit der Video-Feed effizient und genau verarbeitet werden kann, Hindernisse wie Treppen, Türen und verschiedene andere Aspekte der Umgebung erkennend.

Das Forschungsteam wird nun Anweisungen an die Motoren senden, um die Roboter-Exoskelette noch beeindruckender zu machen. Sobald dies erreicht ist, werden sie in der Lage sein, Treppen zu steigen und verschiedene Hindernisse zu vermeiden. Darüber hinaus werden sie in der Lage sein, die Bewegung des Benutzers sowie das bevorstehende Gelände zu analysieren, um entsprechende Aktionen auszuführen.

Laschowski wird von John McPhee, einem Ingenieur-Professor und dem Canada Research Chair in Biomechatronic System Dynamics, betreut.

“Unser Steueransatz würde nicht unbedingt menschliches Denken erfordern”, sagte Laschowski. “Ähnlich wie autonome Autos, die sich selbstständig bewegen, entwerfen wir autonome Exoskelette und Prothesenbeine, die selbstständig gehen.”

Ein weiteres Ziel der Forscher ist es, die Energieeffizienz von Motoren für Roboter-Skelette durch die Verwendung von selbstaufladbaren Batterien durch menschliche Bewegung zu verbessern.

Exoskelette weiterentwickeln

Die neue Arbeit des Forschungsteams bringt die Entwicklung von Exoskeletten auf den nächsten Schritt. In den letzten Jahren gab es verschiedene Fortschritte in diesem Bereich. Zum Beispiel kündigte Honda 2019 an, Exoskelette zur Stärkung der menschlichen Kraft zu entwickeln. Gleichzeitig wurden Exoskelette in Japan eingesetzt, um Menschen zu helfen, auch im Alter weiterzuarbeiten.

Selbstgehende Roboter-Skelette sind jedoch viel schwieriger zu erreichen, was diese neue Entwicklung so aufregend und wertvoll macht.