Forskere bygger universelle eksoskeletter, som alle kan bruge

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Forskere bygger universelle eksoskeletter Alle kan bruge PlatoBlockchain Data Intelligence. Lodret søgning. Ai.

Robotiske eksoskeletter kan hjælpe handicappede med at genvinde deres mobilitet, fabriksarbejdere løfte tungere byrder, eller atleter løber hurtigere. Indtil videre har de stort set været begrænset til laboratoriet på grund af behovet for omhyggeligt at kalibrere dem for hver bruger, men en ny universel controller kan snart ændre det.

Mens ordet "eksoskelet" måske fremkalder sci-fi-billeder fra film som f.eks Alien , Avatar, teknologien er på vej mod den virkelige verden. Eksoskeletter er blevet testet som en måde at forhindre skader på bilfabrikker, lade soldater slæbe rundt på tunge pakker i længere tid og jævnt hjælpe mennesker med Parkinsons forbliv mobil.

Men softwaren, der styrer, hvor meget magt der skal anvendes til støtte for en brugers lemmer, skal typisk tilpasses omhyggeligt, så den passer til hver enkelt. Desuden hjælper det normalt kun med nogle få forudbestemte bevægelser, det er specielt designet til.

En ny tilgang fra forskere ved Georgia Institute of Technology bruger neurale netværk til problemfrit at tilpasse et eksoskelets bevægelser til hver brugers særlige kropsholdning og gang. Holdet siger, at dette kunne hjælpe med at få teknologien ud af laboratoriet og begynde at hjælpe folk i hverdagen.

"Det, der er så fedt ved det her, er, at det tilpasser sig hver persons interne dynamik uden nogen form for tuning eller heuristiske justeringer, hvilket er en enorm forskel fra meget arbejde i feltet," sagde Aaron Young, der ledede forskningen, i en pressemeddelelse.

exoskeletons bruge elektriske motorer til at give ekstra kraft til en brugers lemmer, når de udfører anstrengende aktiviteter. De fleste kontrolordninger har fokuseret på at hjælpe veldefinerede aktiviteter, såsom at gå eller gå på trapper.

En almindelig tilgang, siger forskerne, er at få en algoritme på højt niveau til at forudsige, hvilken handling brugeren forsøger at tage, og derefter, når den aktivitet er opdaget, igangsætte et særligt kontrolskema designet til den slags bevægelser.

Det betyder, at eksoskelettet kun kan assistere specifikke aktiviteter, og selvom enheden understøtter flere forskellige, skal brugerne ofte skifte mellem dem ved at trykke på en knap. Hvad mere er, betyder det, at enheden skal justeres omhyggeligt, så dens kontrolskema matcher den unikke form og dynamik af hver brugers lemmer.

Den nye tilgang designet af Georgia Tech-teamet og beskrevet i en papir ind Science Robotics, fokuserer i stedet på, hvad en brugers led og muskler laver på et bestemt tidspunkt og yder kontinuerlig støtte til dem. Deres tilgang blev testet i et hofteeksoskelet, som forskerne siger er nyttigt i en lang række scenarier.

Et neuralt netværk, der kører på en GPU-chip, læser data fra flere sensorer på eksoskeletet, der måler vinklen på forskellige led og brugerens retning og hastighed. Den bruger denne information til at forudsige, hvilke bevægelser brugeren foretager og dirigerer derefter exoskeletets motorer til at anvende den helt rigtige mængde drejningsmoment for at fjerne noget af belastningen af de relevante muskler.

Holdet trænede det neurale netværk på data fra 25 deltagere, der gik i en række forskellige sammenhænge, mens de var iført eksoskeletet. Dette hjalp algoritmen med at få en generel forståelse af, hvordan sensordata relateret til muskelbevægelser, hvilket gjorde det muligt automatisk at tilpasse sig nye brugere uden at blive skræddersyet til deres idiosynkrasier.

Undersøgelsen viste, at det resulterende system betydeligt kunne reducere mængden af energiforbrugere, der bruges på en række aktiviteter. Mens reduktionen i energiforbrug svarede til tidligere tilgange, var det afgørende, at det ikke var begrænset til bestemte handlinger og kunne yde kontinuerlig støtte, uanset hvad brugeren lavede.

Mens forskerne siger, at det er for tidligt at vide, om tilgangen vil oversætte til andre former for eksoskeletter, ser det ud til, at den overordnede idé er relativt tilpasningsdygtig. Det tyder på, at eksoskeletter snart kan blive et "hyldevare"-produkt, der hjælper folk med en bred vifte af anstrengende aktiviteter.

Billede Credit: Candler Hobbs, Georgia Institute of Technology