Tutkijat kehittävät uutta lähestymistapaa Robotic Exosuit-apuun

Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences -koulun tutkijat ovat kehittäneet uuden lähestymistavan robottipuku-avustukseen. Se auttaa voittamaan suuren haasteen suunniteltaessa puettavia robotteja, joita voidaan käyttää auttamaan kävelyä todellisissa olosuhteissa. 

Nykypäivän mukautettavat puettavat robottiapualustat vaativat paljon manuaalista tai automaattista viritystä auttaakseen yksilöitä, mikä voi olla potilaille vaikeaa. 

Uusi lähestymistapa perustuu siihen, että robotti-exosuit-avustus kalibroidaan yksilölle ja se mukautuu erilaisiin todellisiin kävelytehtäviin muutamassa sekunnissa. Biovaikutteisessa järjestelmässä käytetään ultraäänimittauksia lihasdynamiikasta, mikä mahdollistaa sen räätälöinnin ja aktiviteettikohtaisen käyttäjille.

Robert D. Howe on Abbottin ja James Lawrencen tekniikan professori ja vuonna julkaistun artikkelin toinen kirjoittaja Tiede-robotiikka. 

"Lihaspohjainen lähestymistapamme mahdollistaa suhteellisen nopean yksilöllisten avustusprofiilien luomisen, joista on todellista hyötyä kävelevälle", Howe sanoi.

Edellinen Bio-Inspired Systems vs. New Approach

Aiemmat bioinspiroidut järjestelmät ovat keskittyneet raajojen ja käyttäjien dynaamisiin liikkeisiin, mutta tutkijat katsoivat tämän ulkopuolelle. 

Richard Nuckols on SEAS:n tutkijatohtori ja toinen artikkelin kirjoittaja. 

"Katsoimme ultraäänellä ihon alle ja mittasimme suoraan, mitä käyttäjän lihakset tekivät useiden kävelytehtävien aikana", Nuckols sanoi. "Lihaksemme ja jänteemme ovat mukautumiskykyisiä, mikä tarkoittaa, että raajojen ja niiden liikettä ohjaavien alla olevien lihasten välillä ei välttämättä ole suoraa kartoitusta."

Tutkimusryhmä kiinnitti kannettavan ultraäänijärjestelmän osallistujien pohkeisiin ennen kuin he kuvasivat heidän lihaksiaan, kun he suorittivat erilaisia ​​kävelytehtäviä. 

Krithika Swaminathan on SEAS:n ja Graduate School of Arts and Sciences (GSAS) jatko-opiskelija ja tutkimuksen toinen kirjoittaja. 

"Näiden ennalta tallennettujen kuvien perusteella arvioimme apuvoiman, joka kohdistetaan rinnakkain pohkeiden lihaksiin, jotta ne kompensoivat niiden ylimääräistä työtä kävelysyklin työntövaiheen aikana", Swaminathan sanoi.

Lihaksen profiilin tallentaminen

Järjestelmä vaatii vain muutaman sekunnin kävelyn lihaksen profiilin vangitsemiseksi, ja kunkin profiilin kohdalla tutkijat mittasivat, kuinka paljon aineenvaihduntaenergiaa henkilö käytti kävellessään eksopuvun kanssa ja ilman. 

Tiimi havaitsi, että aineenvaihduntaenergia kävellessä eri nopeuksilla ja kaltevilla kaltevilla alueilla väheni merkittävästi lihaspohjaisen avun ansiosta. He havaitsivat myös, että aiempiin tutkimuksiin verrattuna vaadittiin pienempi avustusvoima, jotta saavutettaisiin sama tai parempi aineenvaihduntaenergiahyöty. 

Sangjun Lee on SEAS:n ja GSAS:n jatko-opiskelija ja tutkimuksen toinen kirjoittaja. 

"Mittaamalla lihaksen suoraan voimme työskennellä intuitiivisemmin eksopukua käyttävän henkilön kanssa", Lee sanoi. "Tällä lähestymistavalla eksopuku ei päihitä käyttäjää, se toimii yhteistyössä hänen kanssaan."

Todellisissa tilanteissa eksopuku osoitti kykyä mukautua nopeasti kävelynopeuden ja kaltevuuden muutoksiin. Tiimi aikoo nyt testata järjestelmää reaaliaikaisilla säädöillä.

"Tämä lähestymistapa voi auttaa tukemaan puettavan robotiikan käyttöönottoa todellisissa, dynaamisissa tilanteissa mahdollistamalla mukavan, räätälöidyn ja mukautuvan avun", Walsh sanoi.