Исследователи разработали новый подход для роботизированного экзоскелета

Исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона разработали новый подход для роботизированного экзоскелета. Он помогает преодолеть одну из основных проблем при проектировании носимых роботов, которые могут быть использованы для помощи при ходьбе в реальных условиях.

Сегодняшние настраиваемые платформы роботизированной помощи требуют много ручной или автоматической настройки для помощи отдельным людям, что может быть сложным для пациентов.

Новый подход основан на роботизированном экзоскелете, который калибруется для каждого человека и адаптируется к различным реальным задачам ходьбы всего за несколько секунд. Биоинспирированная система использует ультразвуковые измерения динамики мышц, что позволяет ей быть персонализированной и специфичной для каждого пользователя.

Роберт Д. Хоу – профессор инженерии и соавтор статьи, опубликованной в Science Robotics.

“Наш подход, основанный на мышцах, позволяет относительно быстро генерировать индивидуализированные профили помощи, которые предоставляют реальную пользу человеку, который ходит”, – сказал Хоу.

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

Предыдущие биоинспирированные системы vs. новый подход

Предыдущие биоинспирированные системы были сосредоточены на динамических движениях конечностей и носителей, но исследователи посмотрели за пределы этого.

Ричард Наколс – постдокторант в SEAS и соавтор статьи.

“Мы использовали ультразвук, чтобы посмотреть под кожу и直接 измерить, что делают мышцы пользователя во время различных задач ходьбы”, – сказал Наколс. “Наши мышцы и сухожилия имеют податливость, что означает, что нет прямой связи между движением конечностей и движением лежащих в основе мышц, которые управляют их движением.”

Исследовательская команда прикрепила портативную ультразвуковую систему к икрам участников перед тем, как сделать снимки их мышц во время выполнения различных задач ходьбы.

Критика Сваминатан – аспирант в SEAS и аспирант в Высшей школе искусств и наук (GSAS) и соавтор исследования.

“Из этих предварительно записанных изображений мы оценили силу помощи, которая должна быть применена параллельно с мышцами икр, чтобы компенсировать дополнительную работу, которую они должны выполнять во время фазы отталкивания цикла ходьбы”, – сказала Сваминатан.

Получение профиля мышц

Система требует всего несколько секунд ходьбы, чтобы получить профиль мышц, и для каждого профиля исследователи измерили, сколько метаболической энергии человек использовал во время ходьбы с и без экзоскелета.

Команда обнаружила, что метаболическая энергия ходьбы на различных скоростях и уклонах была значительно снижена с помощью мышечной помощи. Они также обнаружили, что более низкая сила помощи была необходима для достижения того же или лучшего метаболического энергетического эффекта по сравнению с предыдущими исследованиями.

Санджун Ли – аспирант в SEAS и GSAS и соавтор исследования.

“Измеряя мышцы напрямую, мы можем работать более интуитивно с человеком, который использует экзоскелет”, – сказал Ли. “С этим подходом экзоскелет не подавляет носителя, а работает с ним вместе.”

В реальных ситуациях экзоскелет продемонстрировал способность быстро адаптироваться к изменениям скорости и уклона ходьбы. Команда теперь планирует протестировать систему с реальными корректировками.

“Этот подход может помочь поддержать принятие носимых роботов в реальных, динамических ситуациях, обеспечивая комфортную, персонализированную и адаптивную помощь”, – сказал Уолш.