Các nhà nghiên cứu phát triển phương pháp mới cho hỗ trợ robotic 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 cho hỗ trợ robotic exosuit. Nó giúp vượt qua một thách thức lớn trong việc thiết kế robotic wearable có thể được sử dụng để hỗ trợ đi bộ trong điều kiện thực tế.

Các nền tảng hỗ trợ robotic tùy chỉnh hiện nay yêu cầu rất nhiều điều chỉnh thủ công hoặc tự động để hỗ trợ các cá nhân, điều này có thể khó khăn cho bệnh nhân.

Phương pháp mới dựa trên hỗ trợ robotic exosuit được hiệu chỉnh cho từng cá nhân và nó thích nghi với các nhiệm vụ đi bộ khác nhau trong thế giới thực chỉ trong vài giây. Hệ thống sinh học này sử dụng đo lường siêu âm của động lực học cơ, cho phép nó được cá nhân hóa và cụ thể cho từng người dùng.

Robert D. Howe là giáo sư kỹ thuật và đồng tác giả của bài báo, được xuất bản trên Science Robotics.

“Phương pháp dựa trên cơ của chúng tôi cho phép tạo ra các hồ sơ hỗ trợ cá nhân hóa tương đối nhanh, cung cấp lợi ích thực sự cho người đi bộ,” Howe nói.

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

Các hệ thống sinh học trước đây so với phương pháp mới

Các hệ thống sinh học trước đây đã tập trung vào các chuyển động động của chi và người mặc, nhưng các nhà nghiên cứu đã nhìn ra ngoài điều này.

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

“Chúng tôi sử dụng siêu âm để quan sát dưới da và đo trực tiếp những gì cơ của người dùng đang làm trong các nhiệm vụ đi bộ khác nhau,” Nuckols nói. “Cơ và gân của chúng tôi có tính linh hoạt, điều này có nghĩa là không nhất thiết phải có một ánh xạ trực tiếp giữa chuyển động của chi và chuyển động của cơ dưới da.”

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

Krithika Swaminathan là sinh viên sau đại học tại SEAS và Trường Đại học Arts và Sciences (GSAS) và đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu.

“Từ những hình ảnh được ghi lại trước, chúng tôi ước tính lực hỗ trợ cần được áp dụng song song với cơ bắp chân để bù đắp cho công việc thêm mà chúng cần thực hiện trong giai đoạn đẩy của chu kỳ đi bộ,” Swaminathan nói.

Thu thập hồ sơ cơ

Hệ thống chỉ cần vài giây đi bộ để thu thập hồ sơ cơ, và đối với mỗi hồ sơ, các nhà nghiên cứu đo lượng năng lượng trao đổi chất mà người dùng sử dụng trong khi đi bộ với và không có exosuit.

Đội nghiên cứu đã tìm thấy rằng năng lượng trao đổi chất của đi bộ trên một loạt tốc độ và độ dốc được giảm đáng kể với sự hỗ trợ dựa trên cơ. Họ cũng tìm thấy rằng lực hỗ trợ thấp hơn được yêu cầu để đạt được lợi ích trao đổi chất tương tự hoặc tốt hơn so với các nghiên cứu trước đây.

Sangjun Lee là sinh viên sau đại học tại SEAS và GSAS và đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu.

“Bằng cách đo trực tiếp cơ, chúng tôi có thể làm việc trực quan hơn với người dùng exosuit,” Lee nói. “Với phương pháp này, exosuit không vượt quá người mặc, nó hợp tác với họ.”

Trong các tình huống thực tế, exosuit đã chứng minh khả năng thích nghi nhanh với các thay đổi về tốc độ đi bộ và độ dốc. Đội nghiên cứu sẽ tiếp tục kiểm tra hệ thống với các điều chỉnh thời gian thực.

“Phương pháp này có thể giúp hỗ trợ việc áp dụng robotic wearable trong các tình huống động thực tế bằng cách cho phép hỗ trợ thoải mái, tùy chỉnh và thích nghi,” Walsh nói.