Tutkijat kehittivät uuden lähestymistavan robottiexokuorien avustamiseen

Harvardin John A. Paulsonin insinööritieteellisessä ja soveltavassa tieteellisessä tiedekunnassa tutkijat ovat kehittäneet uuden lähestymistavan robottiexokuorien avustamiseen. Se auttaa voittamaan suuren haasteen muunneltavien robottiavustusjärjestelmien suunnittelussa, joita voidaan käyttää kävelyavustukseen todellisissa olosuhteissa.

Nykyiset mukautuvat käyttäjäkohtaiset robottiavustusjärjestelmät vaativat paljon manuaalista tai automaattista säätöä yksilöiden avustamiseen, mikä voi olla hankalaa potilaille.

Uusi lähestymistapa perustuu siihen, että robottiexokuori säätetään yksilöllisesti, ja se sopeutuu erilaisiin todellisiin kävelytehtäviin vain muutamassa sekunnissa. Bio-inspiroitu järjestelmä käyttää ultraäänimittauksia lihasten dynamiikasta, mikä mahdollistaa sen mukauttamisen ja tehostamisen käyttäjäkohtaisesti.

Robert D. Howe on Abbott ja James Lawrence -professori insinööritieteessä ja yksi tutkimuksen kirjoittajista, joka on julkaistu Science Robotics -julkaisussa.

“Lihasten perusteella tapaamme mahdollistaa nopean luomisen yksilöllisille avustusprofiileille, jotka antavat todellista hyötyä kävelevälle henkilölle”, sanoi Howe.

https://www.youtube.com/watch?v=4XFvoW3Z9l8&t=1s

Aiemmat bio-inspiroidut järjestelmät vs. uusi lähestymistapa

Aiemmat bio-inspiroidut järjestelmät ovat keskittyneet raajojen dynaamisiin liikkeisiin ja käyttäjien liikkeisiin, mutta tutkijat katsoivat ulkopuolelle.

Richard Nuckols on postdoc-tutkija SEAS:ssa ja yksi tutkimuksen ensisijaisista kirjoittajista.

“Käytimme ultraääniä tutkimiseen ihon alla ja mitasimme suoraan, mitä käyttäjän lihakset tekivät eri kävelytehtävissä”, sanoi Nuckols. “Lihakset ja jännet ovat mukautuvia, mikä tarkoittaa, ettei ole välttämättä suoraa vastaavuutta raajojen liikkeiden ja niiden alla olevien lihasten välillä, jotka ohjaavat niiden liikettä.”

Tutkimusryhmä kiinnitti kannettavan ultraäänilaitteen osallistujien sääriin ennen heidän lihastensa kuvauksia eri kävelytehtävissä.

Krithika Swaminathan on jatko-opiskelija SEAS:ssa ja Graduate School of Arts and Sciences (GSAS):ssa ja yksi tutkimuksen ensisijaisista kirjoittajista.

“Näistä ennalta tallennetuista kuvista arvioimme avustusvoiman, joka sovelletaan säärien lihasten rinnalla vastaamaan lisätyötä, jota heidän on tehtävä työntövaiheessa kävelykierrossa”, sanoi Swaminathan.

Lihasten profiilin kuvaaminen

Järjestelmä vaatii vain muutaman sekunnin kävelyä lihasten profiilin kuvaamiseen, ja jokaiselle profiilille tutkijat mitasivat, kuinka paljon metabolista energiaa henkilö käytti kävelyyn exokuorin kanssa ja ilman.

Tutkimusryhmä totesi, että kävelyn metabolinen energia eri nopeuksilla ja kaltevuusalueilla väheni merkittävästi lihaksen perusteella annetun avustuksen ansiosta. He myös totesivat, että alempi avustusvoima vaadittiin saavuttaakseen saman tai parannetun metabolisen energian hyödyn verrattuna aiempiin tutkimuksiin.

Sangjun Lee on jatko-opiskelija SEAS:ssa ja GSAS:ssa ja yksi tutkimuksen ensisijaisista kirjoittajista.

“Mittaamalla lihaksia suoraan voimme toimia intuitiivisemmin henkilön kanssa, joka käyttää exokuoria”, sanoi Lee. “Tällä lähestymistavalla exukuori ei ole ylivaltaista käyttäjää kohtaan, vaan se toimii yhteistyössä heidän kanssaan.”

Todellisissa tilanteissa exukuori osoitti kykynsä sopeutua nopeasti muutoksiin kävelynopeudessa ja kaltevuudessa. Tutkimusryhmä aikoo nyt testata järjestelmää reaaliaikaisilla säädöillä.

“Tämä lähestymistapa voi auttaa kannettavien robottiavustusjärjestelmien käyttöönotossa dynaamisissa, todellisissa tilanteissa tarjoamalla mukautuvaa, yksilöllistä ja sopeutuvaa avustusta”, sanoi Walsh.