Onderzoekers ontwikkelen zelfwandelen robotic exoskeletten

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

De nieuw ontwikkelde systemen zijn afhankelijk van 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 was onderdeel van een langere reeks onderzoeksartikelen en het heet “Simulation of Stand-to-Sit Biomechanics for Robotic Exoskeletons and Prostheses with Energy Regeneration.”

Brokoslaw Lashowski is een PhD-kandidaat in systeemontwerpengineering. Zij leidt momenteel het onderzoeksproject, ExoNet, aan de universiteit.

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

Ondanks dat er al exoskeletbenen zijn die door motoren worden gecontroleerd, zijn ze niet ideaal vanwege de benodigde handmatige controle 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, heeft het onderzoeksteam exoskeletten aan gebruikers aangepast en draagbare camera’s gebruikt. Ze hebben ook AI-computersoftware geoptimaliseerd zodat de videofeed efficiënt en nauwkeurig kan worden verwerkt, waarbij obstakels zoals trappen, deuren en verschillende andere aspecten van de omgeving worden herkend.

Het onderzoeksteam zal nu instructies naar motoren sturen, waardoor de robotic exoskeletten nog indrukwekkender worden. Zodra dit is bereikt, zullen ze in staat zijn om trappen te beklimmen en verschillende obstakels te vermijden. Bovendien zullen ze in staat zijn om de huidige beweging van de gebruiker te analyseren, evenals het komende terrein, om passende acties te ondernemen.

Laschowski wordt begeleid door John McPhee, een ingenieurprofessor 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 energie-efficiëntie van motoren voor robotic skeletten te verbeteren door middel van zelfopgeladen batterijen via menselijke beweging.

Exoskeletten verbeteren

Het nieuwe werk van het onderzoeksteam brengt de ontwikkeling van exoskeletten naar het volgende niveau. In de afgelopen jaren zijn er verschillende vooruitgangen geboekt in het veld. Zo maakte Honda in 2019 bekend dat ze exoskeletten ontwikkelden om menselijke kracht te versterken. Tegelijkertijd werden exoskeletten in Japan gebruikt om mensen te helpen bij het voortzetten van hun werk naarmate ze ouder worden.

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