Naukowcy budują uniwersalne egzoszkielety, z których każdy może korzystać

Naukowcy budują uniwersalne egzoszkielety, z których każdy może korzystać

Znacznik czasu: 22 marca 2024 2:46
Naukowcy budują uniwersalne egzoszkielety Każdy może korzystać z inteligencji danych PlatoBlockchain Wyszukiwanie pionowe. AI.

Robotyczne egzoszkielety mogą pomóc osobom niepełnosprawnym odzyskać mobilność, pracownikom fabryki podnosić cięższe ciężary, a sportowcom biegać szybciej. Do tej pory były one w dużej mierze ograniczone do laboratorium ze względu na konieczność starannej kalibracji ich dla każdego użytkownika, ale nowy uniwersalny kontroler może wkrótce to zmienić.

Chociaż słowo „egzoszkielet” może przywoływać obrazy science-fiction z filmów takich jak Alien i Avatartechnologia wkracza do świata rzeczywistego. Egzoszkielety zostały przetestowane pod kątem zapobiegania urazom fabryki samochodów, niech żołnierze dźwigać ciężkie plecaki dłużej i równomiernie pomóc osobom cierpiącym na chorobę Parkinsona pozostań mobilny.

Jednak oprogramowanie kontrolujące siłę zastosowaną do podparcia kończyn użytkownika zazwyczaj musi zostać starannie dostosowane, aby pasowało do każdej osoby. Ponadto zwykle pomaga tylko w kilku z góry określonych ruchach, do których został specjalnie zaprojektowany.

Wykorzystuje nowe podejście badaczy z Georgia Institute of Technology sieci neuronowe aby płynnie dostosować ruchy egzoszkieletu do szczególnej postawy i chodu każdego użytkownika. Zespół twierdzi, że może to pomóc w wyjściu technologii z laboratorium i rozpoczęciu pomagania ludziom w życiu codziennym.

„Najfajniejsze w tym jest to, że dostosowuje się do wewnętrznej dynamiki każdej osoby bez konieczności dostrajania czy dostosowywania heurystyki, co stanowi ogromną różnicę w porównaniu z dużą ilością pracy w terenie” – powiedział Aaron Young, który kierował badaniami, w informacja prasowa.

Egzoszkielety używać silników elektrycznych, aby zapewnić dodatkową moc kończynom użytkownika podczas wykonywania forsownych czynności. Większość schematów kontroli skupia się na wspomaganiu ściśle określonych czynności, takich jak chodzenie lub wchodzenie po schodach.

Naukowcy twierdzą, że powszechne podejście polega na tym, że algorytm wysokiego poziomu przewiduje, jakie działanie próbuje podjąć użytkownik, a następnie, po wykryciu tej aktywności, inicjuje specjalny schemat kontroli przeznaczony dla tego rodzaju ruchu.

Oznacza to, że egzoszkielet może wspomagać tylko określone czynności i nawet jeśli urządzenie obsługuje kilka różnych, użytkownicy często muszą przełączać się między nimi za pomocą przycisku. Co więcej, oznacza to, że urządzenie należy dokładnie dostosować, tak aby jego schemat sterowania odpowiadał unikalnemu kształtowi i dynamice kończyn każdego użytkownika.

Nowe podejście zaprojektowane przez zespół Georgia Tech i opisane w a papier w Robotics Naukizamiast tego koncentruje się na tym, co robią stawy i mięśnie użytkownika w danym momencie i zapewnia im ciągłe wsparcie. Ich podejście przetestowano na egzoszkielecie biodrowym, który zdaniem naukowców jest przydatny w wielu różnych scenariuszach.

Sieć neuronowa działająca na chipie GPU odczytuje dane z kilku czujników na egzoszkielecie, które mierzą kąt różnych stawów oraz kierunek i prędkość użytkownika. Wykorzystuje te informacje do przewidywania ruchów wykonywanych przez użytkownika, a następnie steruje silnikami egzoszkieletu tak, aby przyłożyły odpowiednią ilość momentu obrotowego, aby odciążyć odpowiednie mięśnie.

Zespół przeszkolił sieć neuronową na podstawie danych uzyskanych od 25 uczestników chodzących w różnych kontekstach, mając na sobie egzoszkielet. Pomogło to algorytmowi uzyskać ogólne zrozumienie, w jaki sposób dane z czujników są powiązane z ruchami mięśni, umożliwiając automatyczne dostosowywanie się do nowych użytkowników bez dostosowywania się do ich specyfiki.

Badanie wykazało, że powstały system może znacznie zmniejszyć ilość energii zużywanej przez użytkowników na różnorodne działania. Chociaż redukcja zużycia energii była podobna do poprzednich podejść, co najważniejsze, nie ograniczała się do konkretnych działań i mogła zapewnić ciągłe wsparcie niezależnie od tego, co robił użytkownik.

Chociaż naukowcy twierdzą, że jest zbyt wcześnie, aby stwierdzić, czy to podejście przełoży się na inne rodzaje egzoszkieletów, wydaje się, że nadrzędną koncepcję można stosunkowo łatwo dostosować. Sugeruje to, że egzoszkielety mogą wkrótce stać się „gotowym” produktem pomagającym ludziom w szerokim zakresie wyczerpujących czynności.

Kredytowych Image: Candler Hobbs z Georgia Institute of Technology

Znak czasu:

Więcej z Centrum osobliwości