Tyrėjai kuria naują požiūrį į robotų eksosuitų pagalbą

Harvardo Johno A. Paulsono inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokyklos mokslininkai sukūrė naują metodą, kaip padėti robotams eksosuite. Tai padeda įveikti didelį iššūkį kuriant nešiojamą robotiką, kuri gali būti naudojama padėti vaikščioti realiomis sąlygomis. 

Šiandienos pritaikomos nešiojamos robotų pagalbos platformos reikalauja daug rankinio arba automatinio derinimo, kad padėtų asmenims, o tai gali būti sudėtinga pacientams. 

Naujasis metodas pagrįstas roboto eksosuite pagalba, kuri kalibruojama pagal individą, ir ji per kelias sekundes prisitaiko prie įvairių realaus pasaulio vaikščiojimo užduočių. Biologiškai įkvėptoje sistemoje naudojami ultragarsiniai raumenų dinamikos matavimai, todėl ją galima pritaikyti asmeniniams poreikiams ir pritaikyti naudotojams konkrečiai veiklai.

Robertas D. Howe'as yra Abbott ir James Lawrence inžinerijos profesorius ir straipsnio, kuris buvo paskelbtas m. Mokslas robotų. 

„Mūsų raumenimis pagrįstas metodas leidžia palyginti greitai sukurti individualizuotus pagalbos profilius, kurie duoda realią naudą vaikštančiam asmeniui“, - sakė Howe.

Ankstesnės biologiškai įkvėptos sistemos prieš naująjį požiūrį

Ankstesnėse biologiškai įkvėptose sistemose daugiausia dėmesio buvo skiriama dinamiškiems galūnių ir dėvinčiųjų judesiams, tačiau mokslininkai žvelgė ne tik į tai. 

Richardas Nuckolsas yra SEAS doktorantūros mokslų daktaras ir pirmasis šio straipsnio autorius. 

„Naudojome ultragarsą, kad pažiūrėtume po oda, ir tiesiogiai matavome, ką naudotojo raumenys veikė atlikdami keletą vaikščiojimo užduočių“, – sakė Nuckolsas. „Mūsų raumenys ir sausgyslės atitinka reikalavimus, o tai reiškia, kad nebūtinai yra tiesioginis galūnių ir jų judėjimą skatinančių raumenų judėjimas.

Tyrimo grupė prie dalyvių blauzdų pritvirtino nešiojamą ultragarso sistemą, prieš vaizduodami jų raumenis, kai jie atliko įvairias vaikščiojimo užduotis. 

Krithika Swaminathan yra SEAS ir Graduate School of Arts and Sciences (GSAS) absolventė ir pirmoji tyrimo autorė. 

„Iš šių iš anksto įrašytų vaizdų įvertinome pagalbinę jėgą, kuri turi būti taikoma lygiagrečiai su blauzdos raumenimis, kad kompensuotų papildomą darbą, kurį jie turi atlikti ėjimo ciklo atstūmimo fazėje“, – sakė Swaminathanas.

Raumenų profilio fiksavimas

Sistema reikalauja vos kelių sekundžių ėjimo, kad užfiksuotų raumenų profilį, o kiekvienam profiliui tyrėjai išmatavo, kiek medžiagų apykaitos energijos žmogus sunaudojo vaikščiodamas su eksosuite ir be jo. 

Komanda nustatė, kad vaikščiojant įvairiais greičiais ir nuolydžiais medžiagų apykaitos energija buvo žymiai sumažinta naudojant raumenų pagalbą. Jie taip pat nustatė, kad, palyginti su ankstesniais tyrimais, reikėjo mažesnės pagalbos jėgos, kad būtų pasiekta tokia pati arba geresnė medžiagų apykaitos energijos nauda. 

Sangjun Lee yra SEAS ir GSAS absolventas ir pirmasis tyrimo autorius. 

„Tiesiogiai išmatuodami raumenis, galime intuityviai dirbti su asmeniu, naudojančiu egzosuitą“, - sakė Lee. „Taikant šį metodą, egzo kostiumas neaplenkia dėvėtojo, jis bendradarbiauja su juo.

Realiose situacijose egzosuitas parodė gebėjimą greitai prisitaikyti prie ėjimo greičio ir nuolydžio pokyčių. Dabar komanda bandys išbandyti sistemą realiuoju laiku koreguojant.

„Šis metodas gali padėti pritaikyti nešiojamą robotiką realiose, dinamiškose situacijose, suteikdamas patogią, pritaikytą ir prisitaikančią pagalbą“, - sakė Walshas.