Pesquisadores Desenvolvem Nova Abordagem para Assistência de Exosuit Robótico

Pesquisadores da Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences desenvolveram uma nova abordagem para assistência de exosuit robótico. Isso ajuda a superar um grande desafio no design de robótica vestível que pode ser usada para ajudar a caminhar em condições do mundo real.

As plataformas de assistência robótica vestível personalizáveis de hoje exigem muita ajuste manual ou automático para ajudar os indivíduos, o que pode ser difícil para os pacientes.

A nova abordagem depende da calibração da assistência do exosuit robótico para um indivíduo e se adapta a várias tarefas de caminhada diferentes em apenas segundos. O sistema bio-inspirado usa medições de ultrassom da dinâmica muscular, o que permite que seja personalizado e específico para atividades para os usuários.

Robert D. Howe é um professor de engenharia e coautor do artigo, que foi publicado em Science Robotics.

“Nossa abordagem baseada em músculos permite a geração relativamente rápida de perfis de assistência personalizados que fornecem benefícios reais para a pessoa que está caminhando”, disse Howe.

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Sistemas Bio-Inspirados Anteriores vs. Nova Abordagem

Os sistemas bio-inspirados anteriores se concentraram nos movimentos dinâmicos dos membros e dos usuários, mas os pesquisadores olharam além disso.

Richard Nuckols é um associado de pesquisa pós-doutorado no SEAS e coautor do artigo.

“Usamos ultrassom para olhar sob a pele e medir diretamente o que os músculos do usuário estavam fazendo durante várias tarefas de caminhada”, disse Nuckols. “Nossos músculos e tendões têm complacência, o que significa que não há necessariamente um mapeamento direto entre o movimento dos membros e o dos músculos subjacentes que impulsionam o movimento.”

A equipe de pesquisa conectou um sistema de ultrassom portátil às panturrilhas dos participantes antes de imaginar seus músculos enquanto realizavam diferentes tarefas de caminhada.

Krithika Swaminathan é uma aluna de graduação no SEAS e na Graduate School of Arts and Sciences (GSAS) e coautora do estudo.

“A partir dessas imagens pré-gravadas, estimamos a força assistiva a ser aplicada em paralelo com os músculos da panturrilha para compensar o trabalho adicional que eles precisam realizar durante a fase de empurrar do ciclo de caminhada”, disse Swaminathan.

Capturando o Perfil do Músculo

O sistema requer apenas alguns segundos de caminhada para capturar o perfil do músculo, e para cada um dos perfis, os pesquisadores mediram quanto de energia metabólica a pessoa usou durante a caminhada com e sem o exosuit.

A equipe encontrou que a energia metabólica da caminhada em uma variedade de velocidades e inclinações foi reduzida significativamente com a assistência baseada em músculos. Eles também encontraram que uma força de assistência menor foi necessária para alcançar o mesmo ou melhor benefício de energia metabólica em comparação com estudos anteriores.

Sangjun Lee é uma aluna de graduação no SEAS e GSAS e coautora do estudo.

“Ao medir o músculo diretamente, podemos trabalhar mais intuitivamente com a pessoa que usa o exosuit”, disse Lee. “Com essa abordagem, o exosuit não está sobrepujando o usuário, está trabalhando cooperativamente com ele.”

Em situações do mundo real, o exosuit demonstrou uma capacidade de se adaptar rapidamente a mudanças na velocidade e inclinação da caminhada. A equipe agora irá testar o sistema com ajustes em tempo real.

“Essa abordagem pode ajudar a apoiar a adoção de robótica vestível em situações dinâmicas do mundo real, permitindo assistência confortável, personalizada e adaptativa”, disse Walsh.