นักวิจัยพัฒนาแนวทางใหม่สำหรับการช่วยเหลือด้วยหุ่นยนต์ Exosuit

นักวิจัยจาก Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences ได้พัฒนาแนวทางใหม่สำหรับการช่วยเหลือ exosuit ของหุ่นยนต์ ช่วยให้เอาชนะความท้าทายที่สำคัญในการออกแบบหุ่นยนต์ที่สวมใส่ได้ซึ่งสามารถใช้เพื่อช่วยเดินในสภาพแวดล้อมจริงได้ 

แพลตฟอร์มความช่วยเหลือหุ่นยนต์สวมใส่ที่ปรับแต่งได้ในปัจจุบันต้องการการปรับแต่งด้วยตนเองหรืออัตโนมัติจำนวนมากเพื่อช่วยเหลือบุคคล ซึ่งอาจเป็นเรื่องยากสำหรับผู้ป่วย 

แนวทางใหม่อาศัยการช่วยเหลือ exosuit ของหุ่นยนต์ที่ปรับเทียบเป็นรายบุคคล และปรับให้เข้ากับงานเดินต่างๆ ในโลกแห่งความจริงในเวลาไม่กี่วินาที ระบบที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพใช้การวัดอัลตราซาวนด์ของไดนามิกของกล้ามเนื้อ ซึ่งช่วยให้สามารถปรับให้เป็นส่วนตัวและกิจกรรมเฉพาะสำหรับผู้ใช้

Robert D. Howe เป็นศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมของ Abbott และ James Lawrence และเป็นผู้ร่วมเขียนบทความซึ่งตีพิมพ์ใน วิทยาศาสตร์หุ่นยนต์. 

“วิธีการที่ใช้กล้ามเนื้อของเราช่วยให้สามารถสร้างโปรไฟล์ความช่วยเหลือเฉพาะบุคคลได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งให้ประโยชน์อย่างแท้จริงแก่ผู้ที่เดิน” Howe กล่าว

ระบบ Bio-Inspired ก่อนหน้า เทียบกับแนวทางใหม่

ระบบที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพก่อนหน้านี้มุ่งเน้นไปที่การเคลื่อนไหวแบบไดนามิกของแขนขาและผู้สวมใส่ แต่นักวิจัยกลับมองข้ามสิ่งนี้ 

Richard Nuckols เป็นผู้ร่วมวิจัยหลังปริญญาเอกที่ SEAS และเป็นผู้ร่วมเขียนบทความฉบับแรก 

“เราใช้อัลตราซาวนด์เพื่อดูใต้ผิวหนังและวัดโดยตรงว่ากล้ามเนื้อของผู้ใช้กำลังทำอะไรในระหว่างการเดินหลายๆ อย่าง” Nuckols กล่าว “กล้ามเนื้อและเส้นเอ็นของเราเป็นไปตามข้อกำหนด ซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องมีการจับคู่โดยตรงระหว่างการเคลื่อนไหวของแขนขากับกล้ามเนื้อข้างใต้ที่ขับเคลื่อนการเคลื่อนไหว”

ทีมวิจัยได้ติดระบบอัลตราซาวนด์แบบพกพาเข้ากับน่องของผู้เข้าร่วมก่อนที่จะทำการถ่ายภาพกล้ามเนื้อขณะเดินต่างๆ 

Krithika Swaminathan เป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ SEAS และ Graduate School of Arts and Sciences (GSAS) และเป็นผู้เขียนร่วมคนแรกของการศึกษา 

“จากภาพที่บันทึกไว้ล่วงหน้าเหล่านี้ เราประมาณการแรงช่วยเหลือที่จะใช้ควบคู่กับกล้ามเนื้อน่องเพื่อชดเชยการทำงานเพิ่มเติมที่พวกเขาต้องทำในช่วงออกตัวของวงจรการเดิน” Swinathan กล่าว

จับภาพโปรไฟล์ของกล้ามเนื้อ

ระบบต้องใช้เวลาเดินเพียงไม่กี่วินาทีเพื่อจับภาพโปรไฟล์ของกล้ามเนื้อ และสำหรับแต่ละโปรไฟล์ นักวิจัยจะวัดปริมาณพลังงานการเผาผลาญที่บุคคลใช้ระหว่างการเดินทั้งที่มีและไม่ได้สวมชุด Exosuit 

ทีมงานพบว่าพลังงานการเผาผลาญของการเดินข้ามช่วงความเร็วและความชันลดลงอย่างมากด้วยความช่วยเหลือจากกล้ามเนื้อ พวกเขายังพบว่าต้องใช้แรงช่วยเหลือที่ต่ำกว่าเพื่อให้ได้ประโยชน์ด้านพลังงานเมแทบอลิซึมเท่าเดิมหรือดีขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับการศึกษาก่อนหน้านี้ 

Sangjun Lee เป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ SEAS และ GSAS และเป็นผู้เขียนร่วมคนแรกของการศึกษา 

“ด้วยการวัดกล้ามเนื้อโดยตรง เราสามารถทำงานร่วมกับคนที่ใช้ exosuit ได้อย่างเป็นธรรมชาติมากขึ้น” Lee กล่าว “ด้วยวิธีนี้ ชุดเอ็กโซสูทจะไม่ทำให้เกินกำลังของผู้สวมใส่ แต่เป็นการทำงานร่วมกับพวกเขา”

ในสถานการณ์จริง ชุด exosuit แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของความเร็วในการเดินและความชันได้อย่างรวดเร็ว ตอนนี้ทีมงานจะทดสอบระบบด้วยการปรับตามเวลาจริง

“แนวทางนี้อาจช่วยสนับสนุนการนำหุ่นยนต์ที่สวมใส่ได้มาใช้ในโลกแห่งความเป็นจริง สถานการณ์ที่ไม่หยุดนิ่ง โดยการช่วยเหลือที่สะดวกสบาย ปรับให้เหมาะสม และปรับเปลี่ยนได้” วอลช์กล่าว