Onderzoekers ontwikkelen nieuwe aanpak voor robotexosuitondersteuning

Onderzoekers aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences hebben een nieuwe aanpak ontwikkeld voor robotexosuitondersteuning. Het helpt bij het overwinnen van een groot probleem bij het ontwerpen van draagbare robotica die kan worden gebruikt om te helpen bij het lopen in echte omstandigheden.

De huidige aanpasbare draagbare robotondersteuningsplatforms vereisen veel handmatige of automatische afstelling om individuen te helpen, wat moeilijk kan zijn voor patiënten.

De nieuwe aanpak is gebaseerd op robotexosuitondersteuning die is afgestemd op een individu en zich aanpast aan verschillende echte looptaken in slechts enkele seconden. Het bio-geïnspireerde systeem gebruikt ultrasone metingen van spierdynamiek, waardoor het kan worden gepersonaliseerd en specifiek voor gebruikers.

Robert D. Howe is een Abbott en James Lawrence Professor of Engineering en co-auteur van het artikel, dat is gepubliceerd in Science Robotics.

“Onze spier-gebaseerde aanpak maakt het mogelijk om relatief snel individuele ondersteuningsprofielen te genereren die een echt voordeel bieden voor de persoon die loopt,” zei Howe.

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

Vorige bio-geïnspireerde systemen vs. nieuwe aanpak

Vorige bio-geïnspireerde systemen hebben zich gericht op de dynamische bewegingen van de ledematen en de dragers, maar de onderzoekers keken daarbuiten.

Richard Nuckols is een postdoctoraal onderzoeker aan SEAS en co-first auteur van het artikel.

“We gebruikten ultrasone metingen om onder de huid te kijken en rechtstreeks te meten wat de spieren van de gebruiker deden tijdens verschillende looptaken,” zei Nuckols. “Onze spieren en pezen hebben compliantie, wat betekent dat er niet noodzakelijkerwijs een directe afbeelding is tussen de beweging van de ledematen en die van de onderliggende spieren die hun beweging aandrijven.”

Het onderzoeksteam bevestigde een draagbaar ultrasone systeem aan de kuiten van deelnemers voordat ze hun spieren beeldde tijdens verschillende looptaken.

Krithika Swaminathan is een graduate student aan SEAS en de Graduate School of Arts and Sciences (GSAS) en co-first auteur van de studie.

“Vanuit deze vooraf opgenomen beelden schatten we de ondersteunende kracht die moet worden toegepast in parallel met de kuitspieren om de extra inspanning te compenseren die ze moeten leveren tijdens de push-off-fase van de loopcyclus,” zei Swaminathan.

Spierprofiel vastleggen

Het systeem heeft slechts enkele seconden nodig om het spierprofiel te vastleggen, en voor elk van de profielen mat het onderzoeksteam hoeveel metabolische energie de persoon gebruikte tijdens het lopen met en zonder de exosuit.

Het team vond dat de metabolische energie van het lopen over een bereik van snelheden en hellingen aanzienlijk werd verlaagd met de spier-gebaseerde ondersteuning. Ze vonden ook dat een lagere ondersteunende kracht nodig was om hetzelfde of een verbeterd metabolisch energievoordeel te bereiken in vergelijking met eerdere studies.

Sangjun Lee is een graduate student aan SEAS en GSAS en co-first auteur van de studie.

“Door de spier rechtstreeks te meten, kunnen we intuïtiever werken met de persoon die de exosuit gebruikt,” zei Lee. “Met deze aanpak overweldigt de exosuit de drager niet, maar werkt hij samen met hen.”

In echte situaties toonde de exosuit aan dat hij snel kon aanpassen aan veranderingen in loopsnelheid en helling. Het team zal nu proberen het systeem te testen met real-time aanpassingen.

“Deze aanpak kan helpen bij de adoptie van draagbare robotica in echte, dynamische situaties door comfortabele, aangepaste en adaptieve ondersteuning mogelijk te maken,” zei Walsh.