I ricercatori sviluppano un nuovo approccio per l’assistenza degli esoscheletri robotici

I ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences hanno sviluppato un nuovo approccio per l’assistenza degli esoscheletri robotici. Ciò aiuta a superare una delle principali sfide nella progettazione di robotica indossabile che può essere utilizzata per assistere la camminata in condizioni del mondo reale.

Le piattaforme di assistenza robotica personalizzabili attuali richiedono una grande quantità di regolazione manuale o automatica per assistere gli individui, il che può essere difficile per i pazienti.

Il nuovo approccio si basa sull’assistenza degli esoscheletri robotici calibrata su un individuo e si adatta a vari compiti di camminata nel mondo reale in pochi secondi. Il sistema bio-ispirato utilizza misurazioni ultrasoniche della dinamica muscolare, che gli consente di essere personalizzato e specifico per l’attività degli utenti.

Robert D. Howe è un professore di ingegneria Abbott e James Lawrence e co-autore del documento, che è stato pubblicato su Science Robotics.

“Il nostro approccio basato sui muscoli consente una generazione relativamente rapida di profili di assistenza personalizzati che forniscono un reale beneficio alla persona che cammina”, ha detto Howe.

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

Sistemi bio-ispirati precedenti vs. nuovo approccio

I sistemi bio-ispirati precedenti si sono concentrati sui movimenti dinamici degli arti e degli indossatori, ma i ricercatori hanno guardato oltre.

Richard Nuckols è un ricercatore post-dottorato presso la SEAS e co-autore principale del documento.

“Abbiamo utilizzato l’ultrasuono per guardare sotto la pelle e misurare direttamente cosa stessero facendo i muscoli dell’utente durante diversi compiti di camminata”, ha detto Nuckols. “I nostri muscoli e tendini hanno una compliance, il che significa che non c’è necessariamente una mappatura diretta tra il movimento degli arti e quello dei muscoli sottostanti che li muovono.”

Il team di ricerca ha attaccato un sistema ultrasonico portatile alle caviglie dei partecipanti prima di immaginare i loro muscoli mentre eseguivano diversi compiti di camminata.

Krithika Swaminathan è uno studente di dottorato presso la SEAS e la Graduate School of Arts and Sciences (GSAS) e co-autore principale dello studio.

“Da queste immagini pre-registrate, abbiamo stimato la forza assistiva da applicare in parallelo con i muscoli della caviglia per compensare il lavoro aggiuntivo che devono eseguire durante la fase di spinta del ciclo di camminata”, ha detto Swaminathan.

Catturare il profilo del muscolo

Il sistema richiede solo pochi secondi di camminata per catturare il profilo del muscolo e, per ogni profilo, i ricercatori hanno misurato quanto energia metabolica la persona ha utilizzato durante la camminata con e senza l’esoscheletro.

Il team ha scoperto che l’energia metabolica della camminata su una gamma di velocità e pendenze è stata ridotta in modo significativo con l’assistenza basata sui muscoli. Hanno anche scoperto che una forza assistiva inferiore era richiesta per ottenere lo stesso o un beneficio metabolico migliorato rispetto agli studi precedenti.

Sangjun Lee è uno studente di dottorato presso la SEAS e la GSAS e co-autore principale dello studio.

“Misurando direttamente il muscolo, possiamo lavorare in modo più intuitivo con la persona che utilizza l’esoscheletro”, ha detto Lee. “Con questo approccio, l’esoscheletro non sovrasta l’indossatore, ma lavora in cooperazione con lui.”

In situazioni del mondo reale, l’esoscheletro ha dimostrato la capacità di adattarsi rapidamente ai cambiamenti di velocità e pendenza della camminata. Il team cercherà ora di testare il sistema con regolazioni in tempo reale.

“Questo approccio può aiutare a sostenere l’adozione di robotica indossabile in situazioni dinamiche del mondo reale, consentendo un’assistenza confortevole, personalizzata e adattiva”, ha detto Walsh.