Робототехника
Исследователи разрабатывают новый подход к помощи роботов-экзокостюмов
Исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона разработали новый подход к помощи роботов-экзокостюмов. Это помогает преодолеть серьезную проблему при разработке носимой робототехники, которую можно использовать для помощи при ходьбе в реальных условиях.
Сегодняшние настраиваемые носимые роботизированные платформы помощи требуют ручной или автоматической настройки, чтобы помочь людям, что может быть сложно для пациентов.
Новый подход основан на помощи роботизированного экзокостюма, откалиброванного под человека, и он адаптируется к различным реальным задачам ходьбы за считанные секунды. Био-вдохновленная система использует ультразвуковые измерения динамики мышц, что позволяет персонализировать ее и привязывать к конкретным видам деятельности для пользователей.
Роберт Д. Хоу — профессор инженерных наук компании Abbott and James Lawrence и соавтор статьи, которая была опубликована в Робототехника.
«Наш подход на основе мышц позволяет относительно быстро создавать индивидуальные профили помощи, которые приносят реальную пользу человеку, идущему», — сказал Хоу.
Предыдущие биологические системы против нового подхода
Предыдущие биологические системы были сосредоточены на динамических движениях конечностей и пользователей, но исследователи смотрели за пределы этого.
Ричард Наколс — научный сотрудник SEAS с докторской степенью и соавтор статьи.
«Мы использовали ультразвук, чтобы заглянуть под кожу, и напрямую измерили, что делали мышцы пользователя во время нескольких задач ходьбы», — сказал Наколс. «Наши мышцы и сухожилия имеют податливость, что означает, что не обязательно существует прямое соответствие между движением конечностей и движением основных мышц, управляющих их движением».
Исследовательская группа прикрепила портативную ультразвуковую систему к икрам участников, прежде чем визуализировать их мышцы, когда они выполняли различные упражнения при ходьбе.
Критика Сваминатан — аспирантка SEAS и Высшей школы искусств и наук (GSAS) и соавтор исследования.
«На основе этих предварительно записанных изображений мы оценили вспомогательную силу, которая будет применяться параллельно с икроножными мышцами, чтобы компенсировать дополнительную работу, которую они должны выполнять во время фазы отталкивания цикла ходьбы», — сказал Сваминатан.
Захват профиля Muscle
Системе требуется всего несколько секунд ходьбы, чтобы зафиксировать профиль мышцы, и для каждого из профилей исследователи измерили, сколько метаболической энергии человек использовал во время ходьбы с экзокостюмом и без него.
Команда обнаружила, что метаболическая энергия при ходьбе с разной скоростью и наклоном значительно снижается при помощи мышц. Они также обнаружили, что для достижения того же или улучшенного эффекта метаболической энергии требуется меньшая сила помощи по сравнению с предыдущими исследованиями.
Санджун Ли — аспирант SEAS и GSAS и соавтор исследования.
«Измеряя мышцы напрямую, мы можем более интуитивно работать с человеком, использующим экзокостюм», — сказал Ли. «При таком подходе экзокостюм не подавляет владельца, он работает с ним совместно».
В реальных ситуациях экзокостюм продемонстрировал способность быстро адаптироваться к изменениям скорости ходьбы и наклона. Теперь команда попытается протестировать систему с корректировками в реальном времени.
«Этот подход может способствовать внедрению носимой робототехники в реальных динамичных ситуациях, обеспечивая удобную, адаптированную и адаптивную помощь», — сказал Уолш.
