Các nhà nghiên cứu phát triển phương pháp tiếp cận mới để hỗ trợ robot Exosuit

Các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A. Paulson đã phát triển một phương pháp mới để hỗ trợ bộ đồ ngoài bằng rô-bốt. Nó giúp vượt qua một thách thức lớn trong việc thiết kế rô-bốt đeo được có thể được sử dụng để hỗ trợ đi bộ trong điều kiện thực tế. 

Các nền tảng hỗ trợ rô-bốt đeo được có thể tùy chỉnh ngày nay yêu cầu nhiều thao tác điều chỉnh thủ công hoặc tự động để hỗ trợ các cá nhân, điều này có thể gây khó khăn cho bệnh nhân. 

Cách tiếp cận mới dựa trên sự hỗ trợ của bộ đồ ngoài bằng rô-bốt được hiệu chỉnh cho từng cá nhân và nó thích ứng với nhiều nhiệm vụ đi bộ khác nhau trong thế giới thực chỉ trong vài giây. Hệ thống lấy cảm hứng từ sinh học sử dụng các phép đo siêu âm về động lực học của cơ, cho phép nó được cá nhân hóa và hoạt động cụ thể cho người dùng.

Robert D. Howe là Giáo sư Kỹ thuật của Abbott và James Lawrence, đồng thời là đồng tác giả của bài báo đăng trên tạp chí Khoa học Robot. 

Howe cho biết: “Phương pháp tiếp cận dựa trên cơ bắp của chúng tôi cho phép tạo ra các hồ sơ hỗ trợ được cá nhân hóa tương đối nhanh chóng mang lại lợi ích thực sự cho người đi bộ.

Trước Hệ thống lấy cảm hứng từ sinh học so với phương pháp tiếp cận mới

Các hệ thống lấy cảm hứng từ sinh học trước đây đã tập trung vào các chuyển động năng động của các chi và người đeo, nhưng các nhà nghiên cứu đã nhìn ra bên ngoài điều này. 

Richard Nuckols là Cộng tác viên nghiên cứu sau tiến sĩ tại SEAS và là đồng tác giả đầu tiên của bài báo. 

Nuckols cho biết: “Chúng tôi đã sử dụng sóng siêu âm để quan sát dưới da và đo trực tiếp hoạt động của cơ bắp của người dùng trong một số nhiệm vụ đi bộ. “Các cơ và gân của chúng ta có sự tuân thủ, điều đó có nghĩa là không nhất thiết phải có một ánh xạ trực tiếp giữa chuyển động của các chi và chuyển động của các cơ bên dưới điều khiển chuyển động của chúng.”

Nhóm nghiên cứu đã gắn một hệ thống siêu âm di động vào bắp chân của những người tham gia trước khi chụp ảnh cơ bắp của họ khi họ thực hiện các nhiệm vụ đi bộ khác nhau. 

Krithika Swaminathan là một sinh viên tốt nghiệp tại SEAS và Trường Cao học Nghệ thuật và Khoa học (GSAS) và là đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu. 

Swaminathan cho biết: “Từ những hình ảnh được ghi trước này, chúng tôi ước tính lực hỗ trợ sẽ được tác dụng song song với cơ bắp chân để bù đắp cho công việc bổ sung mà chúng cần thực hiện trong giai đoạn chống đẩy của chu kỳ đi bộ,” Swaminathan cho biết.

Nắm bắt hồ sơ của cơ bắp

Hệ thống chỉ cần vài giây đi bộ để ghi lại cấu hình của cơ và đối với mỗi cấu hình, các nhà nghiên cứu đã đo lượng năng lượng trao đổi chất mà một người sử dụng trong khi đi bộ có và không có bộ đồ ngoài. 

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng năng lượng trao đổi chất của việc đi bộ qua nhiều tốc độ và độ nghiêng đã giảm đáng kể với sự hỗ trợ dựa trên cơ bắp. Họ cũng phát hiện ra rằng lực hỗ trợ thấp hơn được yêu cầu để đạt được lợi ích năng lượng trao đổi chất tương tự hoặc được cải thiện khi so sánh với các nghiên cứu trước đây. 

Sangjun Lee là một sinh viên tốt nghiệp tại SEAS và GSAS và là đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu. 

Lee cho biết: “Bằng cách đo cơ trực tiếp, chúng tôi có thể làm việc trực quan hơn với người sử dụng bộ đồ ngoài. “Với cách tiếp cận này, exosuit không áp đảo người mặc, nó hợp tác với họ.”

Trong các tình huống thực tế, bộ đồ ngoài thể hiện khả năng thích ứng nhanh với những thay đổi về tốc độ và độ nghiêng của bước đi. Bây giờ, nhóm sẽ xem xét thử nghiệm hệ thống với các điều chỉnh theo thời gian thực.

Walsh cho biết: “Cách tiếp cận này có thể giúp hỗ trợ việc áp dụng robot có thể đeo được trong các tình huống năng động, trong thế giới thực bằng cách cho phép hỗ trợ thoải mái, phù hợp và thích ứng”.