Cercetătorii dezvoltă o nouă abordare pentru asistență cu exoschelet robotic

Cercetătorii de la Școala de Inginerie și Științe Aplicate Harvard John A. Paulson au dezvoltat o nouă abordare pentru asistență cu exoschelet robotic. Acesta ajută la depășirea unei provocări majore în proiectarea roboticii purtabile care poate fi utilizată pentru a asista mersul în condiții reale.

Platformele actuale de asistență robotică personalizabilă necesită o multă reglare manuală sau automată pentru a asista indivizii, ceea ce poate fi dificil pentru pacienți.

Noua abordare se bazează pe asistență cu exoschelet robotică calibrată pentru un individ și se adaptează la diverse sarcini de mers în lumea reală în doar câteva secunde. Sistemul bio-inspirat utilizează măsurători cu ultrasunete ale dinamicii musculare, ceea ce îi permite să fie personalizat și specific pentru activități pentru utilizatori.

Robert D. Howe este profesor Abbott și James Lawrence de Inginerie și coautor al articolului, care a fost publicat în Science Robotics.

“Abordarea noastră bazată pe mușchi permite generarea relativ rapidă a profilurilor de asistență personalizate care oferă un beneficiu real pentru persoana care merge,” a spus Howe.

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

Sisteme bio-inspirate anterioare vs. Noua abordare

Sistemele bio-inspirate anterioare s-au concentrat pe mișcările dinamice ale membrelor și purtătorilor, dar cercetătorii au căutat dincolo de acestea.

Richard Nuckols este un asociat de cercetare postdoctorală la SEAS și coautorul principal al articolului.

“Am utilizat ultrasunete pentru a examina sub piele și am măsurat direct ce făceau mușchii utilizatorului în timpul mai multor sarcini de mers,” a spus Nuckols. “Mușchii și tendoanele noastre au o anumită complianță, ceea ce înseamnă că nu există întotdeauna o corespondență directă între mișcarea membrelor și a mușchilor subiacenți care îi determină mișcarea.”

Echipa de cercetare a atașat un sistem portabil de ultrasunete la gambele participanților înainte de a imagina mușchii lor în timp ce efectuau diverse sarcini de mers.

Krithika Swaminathan este un student absolvent la SEAS și Școala de Arte și Științe (GSAS) și coautorul principal al studiului.

“Din aceste imagini preînregistrate, am estimat forța asistivă care trebuie aplicată în paralel cu mușchii gambei pentru a compensa munca suplimentară pe care trebuie să o efectueze în faza de împingere a ciclului de mers,” a spus Swaminathan.

Capturarea profilului mușchiului

Sistemul necesită doar câteva secunde de mers pentru a captura profilul mușchiului, și pentru fiecare dintre profile, cercetătorii au măsurat câtă energie metabolică a utilizat persoana în timpul mersului cu și fără exoschelet.

Echipa a descoperit că energia metabolică a mersului pe o gamă de viteze și inclinații a fost redusă semnificativ cu asistența bazată pe mușchi. De asemenea, au descoperit că o forță de asistență mai mică a fost necesară pentru a obține același beneficiu metabolic sau îmbunătățit în comparație cu studiile anterioare.

Sangjun Lee este un student absolvent la SEAS și GSAS și coautorul principal al studiului.

“Prin măsurarea directă a mușchiului, putem lucra mai intuitiv cu persoana care utilizează exoscheletul,” a spus Lee. “Cu această abordare, exoscheletul nu este copleșitor pentru purtător, ci lucrează cooperativ cu el.”

În situații din lumea reală, exoscheletul a demonstrat o capacitate de a se adapta rapid la schimbările de viteză și inclinație a mersului. Echipa va testa acum sistemul cu ajustări în timp real.

“Această abordare poate ajuta la adoptarea roboticii purtabile în situații dinamice din lumea reală, permițând asistență confortabilă, personalizată și adaptivă,” a spus Walsh.