Eksoskeletter har stort set været begrænset til fiktionens område, optrådt i sci-fi eller superheltefilm for at gøre karakterer stærkere, højere eller mere destruktive (i James Camerons Avatar, det noget skræmmende AMP dragt fungerer som en "forstærker af en menneskelig operatør", men er egentlig mere som en humanoid krigsmaskine med et rigtigt menneske indeni). Med hensyn til brug i den virkelige verden, exoskeletons er blevet testet eller udviklet i industrier som f.eks bilproduktion, luft rejse, militærog sundhedspleje; disse er mest for at hjælpe folk med at løfte tunge genstande og materialer.
Et nyt eksoskelet tjener et andet formål: at hjælpe folk med at gå. Udviklet af ingeniører ved Stanford Biomechatronics Laboratory, er enheden beskrevet i et papir offentliggjort i denne uge i Natur. I en nøddeskal er det en motoriseret støvle, der giver brugerne et skub fremad for hvert skridt, de tager. Det, der dog adskiller den, er, at dens funktion er skræddersyet til hver person, der bruger den i stedet for at være standard på tværs af forskellige højder, vægte og ganghastigheder.
[Indlejret indhold]
"Dette eksoskelet tilpasser hjælpen, når folk går normalt gennem den virkelige verden," sagde Steve Collins, lektor i maskinteknik, der leder Stanford Biomechatronics Laboratory, i en pressemeddelelse. "Og det resulterede i exceptionelle forbedringer i ganghastighed og energiøkonomi."
Personaliseringen er aktiveret af en maskinlæringsalgoritme, som holdet trænede ved hjælp af emulatorer - det vil sige maskiner, der indsamlede data om bevægelse og energiforbrug fra frivillige, der var koblet til dem. De frivillige gik med varierende hastigheder under forestillede scenarier, som at prøve at fange en bus eller gå en tur gennem en park.
Algoritmen tegnede forbindelser mellem disse scenarier og folks energiforbrug ved at anvende forbindelserne til i realtid at lære, hvordan man hjælper bærere med at gå på en måde, der faktisk er nyttig for dem. Når en ny person tager støvlen på, tester algoritmen et andet mønster af assistance, hver gang de går, og måler, hvordan deres bevægelser ændrer sig som reaktion. Der er en kort indlæringskurve, men i gennemsnit var algoritmen i stand til effektivt at skræddersy sig til nye brugere på kun en time.
Eksoskelettet virker ved at påføre drejningsmoment ved anklen og erstatter noget af funktionen af bærerens lægmuskel. Når brugerne tager et skridt, lige før deres tæer er ved at forlade jorden, hjælper enheden dem med at skubbe af. Det fungerede ret godt; i gennemsnit gik folk 9 procent hurtigere end normalt, mens de brugte 17 procent mindre energi. I direkte sammenligninger på et løbebånd gav exoskeletet omkring det dobbelte af reduktionen i indsatsen af lignende enheder.
At reducere den indsats, det tager at gå, er generelt ikke et mål, de fleste af os bør sigte efter; om noget har amerikanerne brug for det modsatte. Men holdet, der udviklede eksoskelettet, ser, at det bliver brugt til at hjælpe mennesker med bevægelseshandicap, herunder ældre eller handicappede.
"Jeg tror på, at vi i løbet af det næste årti vil se disse ideer om personlig assistance og effektiv bærbar exoskeletons hjælpe mange mennesker med at overvinde mobilitetsudfordringer eller bevare deres evne til at leve et aktivt, uafhængigt og meningsfuldt liv," sagde studieforfatter og bioingeniørforsker Patrick Slade i pressemeddelelse.
I betragtning af at eksoskeletet i øjeblikket er i prototypestadiet, vil det ikke nå en bredere brugerbase meget snart. Derudover er det kun blevet testet på raske voksne i midten af 20'erne indtil videre, så der skal laves nye tests og foretages justeringer for folk, der rent faktisk har brug for hjælp til at gå.
Holdet planlægger også at designe iterationer, der hjælper med at forbedre bærerens balance og endda reducere ledsmerter. De er optimistiske med hensyn til deres enheds potentiale. "Jeg tror virkelig, at denne teknologi vil hjælpe mange mennesker," sagde Collins.
Billede Credit: Stanford University/Kurt Hickman
