Forskere utvikler selv-gående robotiske eksoskjeletter

Robotikkforskere ved University of Waterloo arbeider med en av de neste store utviklingene innen robotikkfeltet: selv-gående robotiske eksoskjeletter. Den nye teknologien, som inkluderer proteser, kan tenke og bevege seg på egen hånd ved hjelp av kunstig intelligens (AI).

De nyutviklede systemene baserer seg på en kombinasjon av AI og datavisjon for å etterligne måten mennesker går ved å observere omgivelsene og justere bevegelser.

Forskningen ble publisert i tidsskriftet IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics. Det var en del av en lengre rekke forskningsartikler, og det har tittelen “Simulering av stå-til-sitt-biomekanikk for robotiske eksoskjeletter og proteser med energigjenvinning”.

Brokoslaw Lashowski er en PhD-kandidat i systemdesigningeniør. Hun leder for tiden forskningsprosjektet ExoNet ved universitetet.

“Vi gir robotiske eksoskjeletter syn så de kan kontrollere seg selv,” sa Laschowski.

Til tross for at det allerede finnes eksoskjeletter som styres av motorer, er de ikke ideelle på grunn av den manuelle kontrollen som kreves av brukerne via smartphone-apper eller styringsknapper.

“Dette kan være upraktisk og kognitivt krevende,” sa Laschowski. “Hver gang du ønsker å utføre en ny lokomotorisk aktivitet, må du stoppe, ta ut smarttelefonen og velge den ønskede modusen.”

AI og bærbare kameraer

For å forbedre dette systemet og overvinne noen av disse begrensningene, utstyrt forskningsteamet eksoskjeletter med bærbare kameraer og optimaliserte AI-dataprogramvare så videostrømmen kunne prosesseres effektivt og nøyaktig, og gjenkjenne hindringer som trapper, dører og andre aspekter ved omgivelsene.

Forskningsteamet vil nå sende instruksjoner til motorer, slik at de robotiske eksoskjelettene kan bli enda mer imponerende. Når dette er oppnådd, vil de kunne klatre trapper og unngå ulike hindringer. I tillegg vil de kunne analysere brukerens nåværende bevegelse, samt den kommende terrenget, for å kunne iverksette passende handlinger.

Laschowski er veiledet av John McPhee, en professor i ingeniørvitenskap og Canada Research Chair i Biomechanical System Dynamics.

“Vår kontrolltilnærming ville ikke nødvendigvis kreve menneskelig tenkning,” sa Laschowski. “Lignende selvkjørende biler som kjører selv, designer vi selvstendige eksoskjeletter og proteser som går for seg selv.”

Et annet av forskernes mål er å forbedre energieffektiviteten til motorer for robotiske skjeletter ved å bruke selv-ladde batterier gjennom menneskelig bevegelse.

Fremover med eksoskjeletter

Det nye arbeidet fra forskningsteamet tar utviklingen av eksoskjeletter til neste nivå. De siste årene har det vært flere fremsteg i feltet. For eksempel Honda kunngjorde i 2019 at de utviklet eksoskjeletter for å forsterke menneskelig styrke. Samtidig brukte eksoskjeletter i Japan for å hjelpe mennesker med å fortsette å arbeide mens de blir eldre.

Men selv-gående robotiske skjeletter er mye vanskeligere å oppnå, og det er det som gjør denne nye fremgangen så spennende og verdifull.