Дослідники розробили новий підхід для допомоги роботизованого екзокостюма

Дослідники в Гарвардській школі інженерії та прикладних наук імені Джона А. Паулсона розробили новий підхід для допомоги роботизованого екзокостюма. Це допомагає подолати одну з основних проблем при створенні носимої робототехніки, яка може бути використана для допомоги при ходьбі в реальних умовах.

Сучасні налаштовувані платформи роботизованої допомоги вимагають багато ручної або автоматичної настройки для допомоги окремим особам, що може бути складним для пацієнтів.

Новий підхід заснований на тому, що допомога роботизованого екзокостюма підлаштовується під окрему особу, і він адаптується до різних реальних завдань ходьби всього за кілька секунд. Біоінспірована система використовує ультразвукові вимірювання динаміки м’язів, що дозволяє їй бути персоналізованою та специфічною для діяльності користувачів.

Роберт Д. Хоу – професор інженерії та співавтор статті, яка була опублікована в Science Robotics.

“Наш підхід, заснований на м’язах, дозволяє відносно швидко створювати індивідуальні профілі допомоги, які приносять реальну користь людині, яка ходить”, – сказав Хоу.

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

Попередні біоінспіровані системи проти нового підходу

Попередні біоінспіровані системи зосереджувалися на динамічних рухах кінцівок і носіїв, але дослідники подивилися поза цим.

Річард Наколс – постдокторант у SEAS і співавтор статті.

“Ми використали ультразвук, щоб подивитися під шкіру і безпосередньо виміряти, що робили м’язи користувача під час різних завдань ходьби”, – сказав Наколс. “Наші м’язи і сухожилля мають певну степінь свободи, тобто не існує прямого відображення між рухом кінцівок і рухом м’язів, які їх рухають.”

Дослідницька команда прикріпила портативну ультразвукову систему до литок учасників перед тим, як зобразити їхні м’язи під час виконання різних завдань ходьби.

Крітіка Свамінатан – аспірантка у SEAS і аспірантка Вищої школи мистецтв і наук (GSAS) і співавторка дослідження.

“З цих попередньо записаних зображень ми оцінили допоміжну силу, яку потрібно застосувати паралельно з м’язами литки, щоб компенсувати додаткову роботу, яку вони повинні виконувати під час фази відштовхування циклу ходьби”, – сказала Свамінатан.

Фіксація профілю м’язів

Система вимагає лише кілька секунд ходьби, щоб фіксувати профіль м’язів, і для кожного з профілів дослідники виміряли, скільки метаболічної енергії людина використовувала під час ходьби з і без екзокостюма.

Команда виявила, що метаболічна енергія ходьби по різних швидкостях і нахилах значно знижувалася з допомогою м’язової допомоги. Вони також виявили, що нижча сила допомоги була необхідна для досягнення тієї ж або покращеної метаболічної енергетичної вигоди порівняно з попередніми дослідженнями.

Санджун Лі – аспірант у SEAS і GSAS і співавторка дослідження.

“Відміряючи м’язи безпосередньо, ми можемо працювати більш інтуїтивно з людиною, яка використовує екзокостюм”, – сказав Лі. “З цим підходом екзокостюм не переважає носія, а працює з ним у співробітництві.”

У реальних ситуаціях екзокостюм продемонстрував здатність швидко адаптуватися до змін швидкості ходьби та нахилу. Команда тепер планує протестувати систему з реальними коригуваннями.

“Цей підхід може допомогти підтримати впровадження носимої робототехніки в реальних, динамічних ситуаціях, забезпечуючи комфортну, індивідуалізовану та адаптивну допомогу”, – сказав Волш.