Vísindamenn þróa nýja nálgun fyrir vélfærafræðilega exosuit aðstoð

Vísindamenn við Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences hafa þróað nýja nálgun fyrir vélfærafræði aðstoð við exosuit. Það hjálpar til við að sigrast á stórri áskorun við að hanna vélmenni sem hægt er að nota til að aðstoða við gangandi við raunverulegar aðstæður. 

Sérhannaðar vélfærakerfisaðstoðarpallar nútímans krefjast mikillar handvirkrar eða sjálfvirkrar stillingar til að aðstoða einstaklinga, sem getur verið erfitt fyrir sjúklinga. 

Nýja nálgunin byggir á því að vélfærafræðiaðstoð sé kvörðuð að einstaklingi og hún aðlagar sig að ýmsum raunverulegum gönguverkefnum á örfáum sekúndum. Líffræðilega innblásna kerfið notar ómskoðunarmælingar á vöðvavirkni, sem gerir það kleift að vera sérsniðið og virknisérstakt fyrir notendur.

Robert D. Howe er Abbott og James Lawrence prófessor í verkfræði og meðhöfundur blaðsins, sem kom út í Science Robotics. 

„Vöðvabundin nálgun okkar gerir tiltölulega hraðvirka gerð einstaklingsmiðaðra aðstoðarsniða sem veita raunverulegan ávinning fyrir gangandi,“ sagði Howe.

Fyrri lífræn innblásin kerfi vs ný nálgun

Fyrri lífræn innblástur kerfi hafa einbeitt sér að kraftmiklum hreyfingum útlima og þeirra sem klæðast, en rannsakendur litu út fyrir þetta. 

Richard Nuckols er nýdoktor við SEAS og annar fyrsti höfundur greinarinnar. 

„Við notuðum ómskoðun til að skoða undir húðina og mældum beint hvað vöðvar notandans voru að gera við nokkur gönguverkefni,“ sagði Nuckols. „Vöðvar okkar og sinar hafa fylgni sem þýðir að það er ekki endilega bein kortlagning á milli hreyfingar útlima og hreyfingar undirliggjandi vöðva sem knýja fram hreyfingu þeirra.

Rannsóknarteymið tengdi flytjanlegt ómskoðunarkerfi við kálfa þátttakenda áður en þeir mynduðu vöðva þeirra á meðan þeir sinntu mismunandi gönguverkefnum. 

Krithika Swaminathan er framhaldsnemi við SEAS og Graduate School of Arts and Sciences (GSAS) og annar fyrsti höfundur rannsóknarinnar. 

„Út frá þessum fyrirfram upptökum myndum áætluðum við hjálparkraftinn sem ætti að beita samhliða kálfavöðvunum til að vega upp á móti þeirri viðbótarvinnu sem þeir þurfa að framkvæma á meðan á gönguhringnum stendur,“ sagði Swaminathan.

Að fanga prófíl Muscle

Kerfið þarf aðeins nokkrar sekúndur af göngu til að ná sniði vöðvans og fyrir hvert snið mældu rannsakendur hversu mikla efnaskiptaorku viðkomandi notaði við göngu með og án útafklæðsins. 

Teymið komst að því að efnaskiptaorka við að ganga yfir mismunandi hraða og halla minnkaði verulega með vöðvahjálpinni. Þeir komust einnig að því að minni aðstoðarkraftur var nauðsynlegur til að ná sama eða bættri efnaskiptaorkuávinningi samanborið við fyrri rannsóknir. 

Sangjun Lee er framhaldsnemi við SEAS og GSAS og annar fyrsti höfundur rannsóknarinnar. 

„Með því að mæla vöðvann beint, getum við unnið meira innsæi með þeim sem notar exosuitinn,“ sagði Lee. „Með þessari nálgun er klæðnaðurinn ekki að yfirbuga þann sem klæðist, hann er í samvinnu við þá.

Í raunverulegum aðstæðum sýndi exosuitið hæfileika til að laga sig fljótt að breytingum á gönguhraða og halla. Liðið mun nú skoða að prófa kerfið með rauntíma leiðréttingum.

„Þessi nálgun gæti hjálpað til við að styðja við upptöku vélfærafræði sem hægt er að nota í raunverulegum, kraftmiklum aðstæðum með því að gera þægilega, sérsniðna og aðlögunaraðstoð kleift,“ sagði Walsh.