Forskere bygger universelle eksoskjeletter som alle kan bruke

Forskere bygger universelle eksoskjeletter som alle kan bruke

Tidsstempel: 22. mars 2024 2:46
Forskere bygger universelle eksoskjeletter Alle kan bruke PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikalt søk. Ai.

Robotiske eksoskjeletter kan hjelpe funksjonshemmede å gjenvinne mobiliteten, fabrikkarbeidere løfter tyngre belastninger, eller idrettsutøvere løper raskere. Så langt har de stort sett vært begrenset til laboratoriet på grunn av behovet for å møysommelig kalibrere dem for hver bruker, men en ny universell kontroller kan snart endre det.

Mens ordet "eksoskeleton" kan fremkalle sci-fi-bilder fra filmer som Alien og Avatar, er teknologien på vei mot den virkelige verden. Eksoskjeletter har blitt testet som en måte å forhindre skader på bilfabrikker, la soldater slepe rundt på tunge sekker lenger og jevnt hjelpe mennesker med Parkinsons hold deg mobil.

Men programvaren som kontrollerer hvor mye kraft som skal brukes til støtte for en brukers lemmer, må vanligvis tilpasses nøye for å passe hver enkelt. Dessuten hjelper den vanligvis bare med noen få forhåndsbestemte bevegelser den er spesialdesignet for.

En ny tilnærming av forskere ved Georgia Institute of Technology bruker nevrale nettverk å sømløst tilpasse et eksoskjeletts bevegelser til hver brukers spesielle holdning og ganglag. Teamet sier at dette kan bidra til å få teknologien ut av laboratoriet og begynne å hjelpe folk i hverdagen.

"Det som er så kult med dette er at det tilpasser seg hver persons indre dynamikk uten noen tuning eller heuristiske justeringer, noe som er en enorm forskjell fra mye arbeid i feltet," sa Aaron Young, som ledet forskningen, i en pressemelding.

exoskeletons bruke elektriske motorer for å gi ekstra kraft til en brukers lemmer når du utfører anstrengende aktiviteter. De fleste kontrollordninger har fokusert på å hjelpe veldefinerte aktiviteter, som å gå eller gå i trapper.

En vanlig tilnærming, sier forskerne, er å ha en algoritme på høyt nivå forutsi hvilken handling brukeren prøver å ta og deretter, når den aktiviteten oppdages, sette i gang et spesielt kontrollskjema designet for den typen bevegelser.

Dette betyr at eksoskjelettet kun kan assistere spesifikke aktiviteter, og selv om enheten støtter flere forskjellige, må brukerne ofte veksle mellom dem ved å trykke på en knapp. Dessuten betyr det at enheten må justeres nøye slik at kontrollskjemaet samsvarer med den unike formen og dynamikken til hver brukers lemmer.

Den nye tilnærmingen designet av Georgia Tech-teamet og beskrevet i en papir inn Science Robotics, fokuserer i stedet på hva en brukers ledd og muskler gjør på et bestemt tidspunkt og gir kontinuerlig støtte til dem. Tilnærmingen deres ble testet i et hofteeksoskjelett, som forskerne sier er nyttig i et bredt spekter av scenarier.

Et nevralt nettverk som kjører på en GPU-brikke leser data fra flere sensorer på eksoskjelettet som måler vinkelen til ulike ledd og brukerens retning og hastighet. Den bruker denne informasjonen til å forutsi hvilke bevegelser brukeren gjør, og dirigerer deretter eksoskjelettets motorer til å bruke akkurat den riktige mengden dreiemoment for å ta noe av belastningen fra de relevante musklene.

Teamet trente det nevrale nettverket på data fra 25 deltakere som gikk i en rekke sammenhenger mens de hadde på seg eksoskjelettet. Dette hjalp algoritmen med å få en generell forståelse av hvordan sensordata relaterte seg til muskelbevegelser, noe som gjorde det mulig å automatisk tilpasse seg nye brukere uten å være skreddersydd til deres særegenheter.

Studien viste at det resulterende systemet betydelig kunne redusere mengden energibrukere brukt på en rekke aktiviteter. Selv om reduksjonen i energibruk var lik tidligere tilnærminger, var det avgjørende at det ikke var begrenset til bestemte handlinger og kunne gi kontinuerlig støtte uansett hva brukeren gjorde.

Mens forskerne sier det er for tidlig å vite om tilnærmingen vil oversettes til andre typer eksoskjeletter, ser det ut til at den overordnede ideen er relativt tilpasningsdyktig. Det antyder at eksoskjeletter snart kan bli et "hyllevare"-produkt som hjelper folk i et bredt spekter av anstrengende aktiviteter.

Bilde Credit: Candler Hobbs, Georgia Institute of Technology

Tidstempel:

Mer fra Singularity Hub