外骨格は主にフィクションの領域に限定されており、SF やスーパーヒーローの映画に登場して、キャラクターをより強く、より背が高く、またはより破壊的にします (ジェームズ・キャメロンの アバター、やや恐ろしい AMPスーツは 「人間のオペレーターのアンプ」ですが、実際には本物の人間を内部に持つヒューマノイドの戦争機械に似ています)。 実際の使用に関しては、 外骨格 次のような業界でテストまたは開発されています 自動車製造, 空の旅 ミリタリー用(軍用)機材, ヘルスケア; これらは主に、人々が重い物や材料を持ち上げるのを助けるためのものです.
新しい外骨格は、人々の歩行を助けるという別の目的を果たします。 スタンフォード バイオメカトロニクス研究所のエンジニアによって開発されたこのデバイスは、今週公開された論文で説明されています。 自然. 一言で言えば、着用者が一歩一歩踏み出す力を与える電動ブーツです。 ただし、それを際立たせているのは、その機能が、さまざまな身長、体重、および歩行速度にわたって標準的であるのではなく、それを使用する各人に合わせて調整されていることです.
[埋め込まれたコンテンツ]
「この外骨格は、人々が現実世界を普通に歩く際の支援をパーソナライズします。 スティーブ・コリンズ、スタンフォード バイオメカトロニクス研究所を率いる機械工学の准教授は、 プレスリリース. 「その結果、歩行速度とエネルギー効率が大幅に改善されました。」
パーソナライゼーションは、チームがエミュレーターを使用してトレーニングした機械学習アルゴリズムによって可能になります。つまり、エミュレーターに接続されたボランティアから運動とエネルギー消費に関するデータを収集するマシンです。 ボランティアは、バスに乗ろうとしたり、公園を散歩したりするなど、想像上のシナリオの下でさまざまな速度で歩きました。
アルゴリズムは、これらのシナリオと人々のエネルギー消費との関係を導き出し、その関係を適用して、着用者が実際に役立つ方法で歩くのを助ける方法をリアルタイムで学習しました。 新しい人がブーツを履くと、アルゴリズムは歩くたびに異なるパターンの支援をテストし、それに応じて動きがどのように変化するかを測定します。 学習曲線は短いですが、平均して、アルゴリズムはわずか XNUMX 時間で新しいユーザーに合わせて効果的に調整することができました.
外骨格は、足首にトルクを加えることで機能し、着用者のふくらはぎの筋肉の機能の一部を置き換えます。 ユーザーが一歩踏み出すと、つま先が地面から離れようとする直前に、デバイスが踏み出すのを助けます。 それはかなりうまくいきました。 平均して、人々は通常よりも 9% 速く歩き、エネルギー消費は 17% 少なくなりました。 トレッドミルでの直接比較では、外骨格は同様のデバイスの約 XNUMX 倍の労力の削減をもたらしました。
歩くのにかかる労力を減らすことは、一般的に私たちのほとんどが目指すべき目標ではありません。 どちらかといえば、アメリカ人は反対を必要としています。 しかし、外骨格を開発したチームは、高齢者や身体障害者など、運動障害を持つ人々を助けるために使用されていると考えています.
「今後 XNUMX 年間で、これらのパーソナライズされた支援と効果的な携帯電話のアイデアが見られると思います。 外骨格 多くの人が移動の課題を克服したり、活動的で自立した有意義な生活を送る能力を維持したりするのに役立ちます」と研究著者で生物工学研究者のパトリック・スレイドは述べています。 プレスリリース.
外骨格が現在プロトタイプ段階にあることを考えると、すぐに幅広いユーザーベースに到達することはありません. さらに、これまでのところ20代半ばの健康な成人でのみテストされているため、実際に歩行の助けが必要な人のために新しいテストを行い、調整を行う必要があります.
チームはまた、着用者のバランスを改善し、さらには関節痛を軽減するのに役立つ反復を設計することを計画しています. 彼らは自分のデバイスの可能性について楽観的です。 「この技術は多くの人を助けるだろうと本当に思っています。」 と コリンズ。
画像のクレジット： スタンフォード大学/カート・ヒックマン
