Οι ερευνητές κατασκευάζουν παγκόσμιους εξωσκελετούς που μπορεί να χρησιμοποιήσει ο καθένας

Οι ρομποτικοί εξωσκελετές θα μπορούσαν να βοηθήσουν τα άτομα με αναπηρία να ανακτήσουν την κινητικότητά τους, τους εργάτες του εργοστασίου να σηκώνουν βαρύτερα φορτία ή τους αθλητές να τρέχουν πιο γρήγορα. Μέχρι στιγμής, περιορίζονταν σε μεγάλο βαθμό στο εργαστήριο λόγω της ανάγκης να βαθμονομηθούν επίπονα για κάθε χρήστη, αλλά ένας νέος γενικός ελεγκτής θα μπορούσε σύντομα να το αλλάξει αυτό.

Ενώ η λέξη "εξωσκελετός" μπορεί να προκαλέσει εικόνες επιστημονικής φαντασίας από ταινίες όπως αλλοδαπός και Avatar, η τεχνολογία βαδίζει προς τον πραγματικό κόσμο. Οι εξωσκελετές έχουν δοκιμαστεί ως τρόπος πρόληψης τραυματισμών εργοστάσια αυτοκινήτων, ας στρατιώτες Κυλήστε γύρω από βαριά πακέτα για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και ομοιόμορφα βοηθούν άτομα με νόσο του Πάρκινσον παραμείνετε κινητό.

Αλλά το λογισμικό που ελέγχει πόση δύναμη πρέπει να εφαρμόζεται για την υποστήριξη των άκρων ενός χρήστη πρέπει συνήθως να τροποποιηθεί προσεκτικά ώστε να ταιριάζει σε κάθε άτομο. Επίσης, συνήθως βοηθά μόνο σε μερικές προκαθορισμένες κινήσεις για τις οποίες είναι ειδικά σχεδιασμένο.

Μια νέα προσέγγιση από ερευνητές στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Τζόρτζια χρησιμοποιεί νευρωνικά δίκτυα για να προσαρμόζει απρόσκοπτα τις κινήσεις ενός εξωσκελετού στη συγκεκριμένη στάση και βάδιση κάθε χρήστη. Η ομάδα λέει ότι αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει να βγει η τεχνολογία από το εργαστήριο και να αρχίσει να βοηθά τους ανθρώπους στην καθημερινή ζωή.

«Αυτό που είναι πολύ ωραίο σε αυτό είναι ότι προσαρμόζεται στην εσωτερική δυναμική του κάθε ατόμου χωρίς κανένα συντονισμό ή ευρετικές προσαρμογές, κάτι που είναι τεράστια διαφορά από την πολλή δουλειά στο πεδίο», είπε ο Aaron Young, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας. ένα δελτίο τύπου.

Εξωσκελετών χρησιμοποιήστε ηλεκτρικούς κινητήρες για να παρέχουν επιπλέον ισχύ στα άκρα ενός χρήστη όταν εκτελεί επίπονες δραστηριότητες. Τα περισσότερα συστήματα ελέγχου έχουν επικεντρωθεί στην παροχή βοήθειας σε σαφώς καθορισμένες δραστηριότητες, όπως το περπάτημα ή το ανέβασμα σκαλοπατιών.

Μια κοινή προσέγγιση, λένε οι ερευνητές, είναι να υπάρχει ένας αλγόριθμος υψηλού επιπέδου να προβλέπει ποια ενέργεια προσπαθεί να κάνει ο χρήστης και στη συνέχεια, όταν ανιχνευτεί αυτή η δραστηριότητα, να ξεκινήσει ένα ειδικό σχήμα ελέγχου σχεδιασμένο για αυτό το είδος κίνησης.

Αυτό σημαίνει ότι ο εξωσκελετός μπορεί να βοηθήσει μόνο συγκεκριμένες δραστηριότητες, και ακόμη κι αν η συσκευή υποστηρίζει πολλές διαφορετικές, οι χρήστες συχνά πρέπει να εναλλάσσονται μεταξύ τους πατώντας ένα κουμπί. Επιπλέον, σημαίνει ότι η συσκευή πρέπει να ρυθμιστεί προσεκτικά, ώστε το σχήμα ελέγχου της να ταιριάζει με το μοναδικό σχήμα και τη δυναμική των άκρων κάθε χρήστη.

Η νέα προσέγγιση που σχεδιάστηκε από την ομάδα της Georgia Tech και περιγράφεται στο α χαρτί σε Επιστήμη Ρομποτική, αντ 'αυτού εστιάζει στο τι κάνουν οι αρθρώσεις και οι μύες ενός χρήστη σε οποιαδήποτε συγκεκριμένη χρονική στιγμή και τους παρέχει συνεχή υποστήριξη. Η προσέγγισή τους δοκιμάστηκε σε έναν εξωσκελετό ισχίου, ο οποίος σύμφωνα με τους ερευνητές είναι χρήσιμος σε ένα ευρύ φάσμα σεναρίων.

Ένα νευρωνικό δίκτυο που λειτουργεί σε ένα τσιπ GPU διαβάζει δεδομένα από διάφορους αισθητήρες στον εξωσκελετό που μετρούν τη γωνία διαφορετικών αρθρώσεων και την κατεύθυνση και την ταχύτητα του χρήστη. Χρησιμοποιεί αυτές τις πληροφορίες για να προβλέψει ποιες κινήσεις κάνει ο χρήστης και στη συνέχεια κατευθύνει τους κινητήρες του εξωσκελετού να εφαρμόσουν ακριβώς τη σωστή ποσότητα ροπής για να αφαιρέσουν μέρος του φορτίου από τους σχετικούς μύες.

Η ομάδα εκπαίδευσε το νευρωνικό δίκτυο σε δεδομένα από 25 συμμετέχοντες που περπατούσαν σε διάφορα περιβάλλοντα φορώντας τον εξωσκελετό. Αυτό βοήθησε τον αλγόριθμο να αποκτήσει μια γενική κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα δεδομένα αισθητήρων σχετίζονται με τις μυϊκές κινήσεις, καθιστώντας δυνατή την αυτόματη προσαρμογή σε νέους χρήστες χωρίς να προσαρμόζεται στις ιδιοσυγκρασίες τους.

Η μελέτη έδειξε ότι το προκύπτον σύστημα θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά την ποσότητα των χρηστών ενέργειας που δαπανούν σε μια ποικιλία δραστηριοτήτων. Αν και η μείωση της χρήσης ενέργειας ήταν παρόμοια με τις προηγούμενες προσεγγίσεις, το σημαντικότερο είναι ότι δεν περιοριζόταν σε συγκεκριμένες ενέργειες και μπορούσε να παρέχει συνεχή υποστήριξη ανεξάρτητα από το τι έκανε ο χρήστης.

Ενώ οι ερευνητές λένε ότι είναι πολύ νωρίς για να γνωρίζουμε εάν η προσέγγιση θα μεταφραστεί σε άλλα είδη εξωσκελετών, φαίνεται ότι η γενική ιδέα είναι σχετικά προσαρμόσιμη. Αυτό υποδηλώνει ότι οι εξωσκελετές θα μπορούσαν σύντομα να γίνουν ένα προϊόν «εκτός αγοράς» που θα βοηθά τους ανθρώπους σε ένα ευρύ φάσμα επίπονων δραστηριοτήτων.

Image Credit: Candler Hobbs, Georgia Institute of Technology

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://singularityhub.com/2024/03/22/researchers-are-building-universal-exoskeletons-anyone-can-use/