Tutkijat kehittävät itsenäisiä robottiexoskeletteja

Waterloon yliopiston robottiikan tutkijat työskentelevät yhden seuraavan suuren kehityksen parissa robottiikan alalla: itsenäiset robottiexoskeletit. Uusi teknologia, johon sisältyy proteesijalat, voi ajatella ja liikkua itsenäisesti tekoälynn (AI) avulla.

Uusissa järjestelmissä yhdistyy tekoäly ja tietokoneen näkö, jotta voidaan jäljitellä ihmisen kävelyä havainnoimalla ympäristöä ja säätämällä liikkeitä.

Tutkimus julkaistiin IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics -julkaisussa. Se oli osa pidempää tutkimussarjaa, ja sen otsikko on ”Simulation of Stand-to-Sit Biomechanics for Robotic Exoskeletons and Prostheses with Energy Regeneration”.

Brokoslaw Lashowski on järjestelmäsuunnittelun tohtorikoulutettava. Hän johtaa tällä hetkellä ExoNet-tutkimushanketta yliopistossa.

”Me annamme robottiexoskeletteille näön, jotta ne voivat ohjata itseään”, sanoi Laschowski.

Vaikka exoskelettijalat ohjataan moottoreilla, ne eivät ole ihanteellisia, koska niiden käyttäminen edellyttää manuaalista ohjausta älypuhelimella tai säätimellä.

”Se voi olla epämukavaa ja kognitiivisesti vaativaa”, sanoi Laschowski. ”Jokaisella uudella liikkumisaktiviteetilla on pysähdyttävä, otettava älypuhelin esiin ja valittava haluttu tila”.

Teckoäly ja kannettavat kamerat

Jotta tämän järjestelmän kehitystä voitaisiin parantaa ja ylittää joitakin näistä rajoituksista, tutkimusryhmä varusti exoskeletteja käyttäjille ja käytti kannettavia kameroita. He myös optimoivat tekoälyohjelmistoja, jotta videovirta voitiin prosessoida tehokkaasti ja tarkasti, tunnistamalla esteitä, kuten portaita, ovia ja muita ympäristön piirteitä.

Tutkimusryhmä aikoo nyt lähettää moottoreille ohjeita, jotta robottiexoskeletit voivat kehittyä entisestään. Kun tämä on saavutettu, ne kykenevät kiipeämään portaita ja välttämään esteitä. Lisäksi ne voivat analyysin avulla määrittää käyttäjän nykyisen liikkeen ja tulevan maastonsa, jotta voivat tehdä tarvittavat toimet.

Laschowskin ohjaaja on John McPhee, insinööriprofessori ja Kanadan tutkimuspuheenjohtaja biomekaanisissa järjestelmissä.

”Ohjauslähestymistapaamme ei välttämättä edellytä inhimillistä ajattelua”, sanoi Laschowski. ”Samoin kuin itseohjautuvat autot, joilla voidaan ajaa itsenäisesti, suunnittelemme itseohjautuvia exoskeletteja ja proteeseja, jotka kävelevät itsenäisesti”.

Tutkijoiden tavoitteena on myös parantaa robottiexoskelettien moottorien energiatehokkuutta käyttämällä itsevarattuja akkuja, jotka latautuvat ihmisen liikkeen avulla.

Exoskelettien kehitys

Tutkimusryhmän uusi työ vie exoskelettien kehityksen seuraavalle tasolle. Viime vuosina on ollut useita edistysaskelia alalla. Esimerkiksi Honda ilmoitti vuonna 2019, että he kehittävät exoskeletteja, jotka lisäävät ihmisen voimaa. Samalla Japanissa käytettiin exoskeletteja, jotta ihmiset voivat jatkaa työskentelyä vanhetessaan.

Itsensä kävelevät robottiexoskeletit ovat kuitenkin paljon haasteellisempia saavuttaa, mikä tekee tästä uudesta edistysaskeleesta niin jännittävän ja arvokkaan.