Onderzoekers ontwikkelen zelfwandelen robotexoskeletten

Robotica-onderzoekers aan de University of Waterloo werken aan een van de volgende grote ontwikkelingen binnen het vakgebied van robotica: zelfwandelen robotexoskeletten. De nieuwe technologie, die inclusief prothesebenen, kan denken en bewegen op zichzelf door middel van kunstmatige intelligentie (AI).

De nieuw ontwikkelde systemen vertrouwen op een combinatie van AI en computerzicht om de manier waarop mensen lopen te imiteren door hun omgeving te observeren en bewegingen aan te passen.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics. Het maakte deel uit van een langere reeks onderzoeksartikelen en heeft als titel “Simulation of Stand-to-Sit Biomechanics for Robotic Exoskeletons and Prostheses with Energy Regeneration.”

Brokoslaw Lashowski is een PhD-kandidaat in systeemontwerp en -engineering. Zij leidt momenteel het onderzoeksproject ExoNet aan de universiteit.

“We geven robotexoskeletten visie zodat ze zichzelf kunnen controleren,” zei Laschowski.

Ondanks dat er al exoskeletbenen bestaan die door motoren worden aangestuurd, zijn ze niet ideaal vanwege de benodigde handmatige bediening door gebruikers via smartphone-applicaties of joysticks. 

“Dat kan onhandig en cognitief veeleisend zijn,” zei Laschowski. “Elke keer dat je een nieuwe locomotorische activiteit wilt uitvoeren, moet je stoppen, je smartphone pakken en de gewenste modus selecteren.”

AI en draagbare camera’s

Om dit systeem te verbeteren en enkele van deze beperkingen te overwinnen, hebben het onderzoeksteam exoskeletten aangepast voor gebruikers en draagbare camera’s gebruikt. Ze hebben ook AI-computersoftware geoptimaliseerd zodat de videofeed efficiënt en nauwkeurig kan worden verwerkt en obstakels zoals trappen, deuren en diverse andere aspecten van de omgeving kan herkennen. 

Het onderzoeksteam zal nu instructies naar motoren sturen, waardoor de robotexoskeletten nog indrukwekkender worden. Zodra dit is bereikt, kunnen ze trappen beklimmen en diverse obstakels vermijden. Bovendien kunnen ze de beweging van de gebruiker analyseren, evenals het komende terrein, om passende acties te ondernemen.

Laschowski wordt begeleid door John McPhee, een professor in de ingenieurswetenschappen en de Canada Research Chair in Biomechatronic System Dynamics.

“Onze bestuurlijke aanpak zou niet noodzakelijkerwijs menselijke gedachten vereisen,” zei Laschowski. “Net zoals autonome auto’s die zichzelf besturen, ontwerpen we autonome exoskeletten en prothesebenen die voor zichzelf lopen.”

Een van de doelen van de onderzoekers is om de energoefficiëntie van motoren voor robotische skeletten te verbeteren door middel van zelfopgeladen batterijen via menselijke beweging. 

Exoskeletten verbeteren

Het nieuwe werk van het onderzoeksteam zet de ontwikkeling van exoskeletten echt naar het volgende niveau. In de afgelopen jaren zijn er verschillende vooruitgangen geboekt in het vakgebied. Zo kondigde Honda in 2019 aan dat ze exoskeletten ontwikkelden om de menselijke kracht te versterken. Tegelijkertijd werden exoskeletten in Japan gebruikt om mensen te helpen blijven werken naarmate ze ouder worden.

Zelfwandelen robotische skeletten zijn echter veel moeilijker te bereiken, wat deze nieuwe vooruitgang zo spannend en waardevol maakt.