Экзоскелеты были в основном ограничены областью фантастики, появляясь в научно-фантастических фильмах или фильмах о супергероях, чтобы сделать персонажей сильнее, выше или более разрушительными (в фильме Джеймса Кэмерона). Аватара, несколько пугающий Костюм AMP служит «усилитель человека-оператора», но на самом деле он больше похож на гуманоидную боевую машину с настоящим человеком внутри). С точки зрения реального использования, экзоскелеты были протестированы или разработаны в таких отраслях, как производство автомобилей, авиаперелеты, военныйи здравоохранение; в основном они помогают людям поднимать тяжелые предметы и материалы.
Новый экзоскелет служит другой цели: помогает людям ходить. Устройство, разработанное инженерами Стэнфордской лаборатории биомехатроники, описано в статье, опубликованной на этой неделе в природа. В двух словах, это моторизованный ботинок, который дает владельцам толчок вперед с каждым шагом, который они делают. Что отличает его, так это то, что его функция адаптирована для каждого человека, который его использует, а не является стандартным для людей с разным ростом, весом и скоростью ходьбы.
[Встраиваемое содержимое]
«Этот экзоскелет персонализирует помощь, когда люди обычно ходят по реальному миру», — сказал он. Стив Коллинзадъюнкт-профессор машиностроения, возглавляющий Стэнфордскую лабораторию биомехатроники, в пресс-релизе. «И это привело к исключительным улучшениям в скорости ходьбы и экономии энергии».
Персонализация обеспечивается алгоритмом машинного обучения, который команда обучила с помощью эмуляторов, то есть машин, которые собирали данные о движении и расходе энергии у подключенных к ним добровольцев. Добровольцы шли с разной скоростью по воображаемым сценариям, например, пытаясь сесть на автобус или прогуливаясь по парку.
Алгоритм провел связи между этими сценариями и расходом энергии людей, применяя связи, чтобы в режиме реального времени узнать, как помочь пользователям ходить так, как это действительно полезно для них. Когда новый человек надевает ботинок, алгоритм каждый раз проверяет разные модели помощи, измеряя, как меняются его движения в ответ. Существует короткая кривая обучения, но в среднем алгоритм смог эффективно адаптироваться к новым пользователям всего за час.
Экзоскелет работает, прикладывая крутящий момент к лодыжке, заменяя часть функции икроножной мышцы владельца. Когда пользователи делают шаг, устройство помогает им оттолкнуться перед тем, как пальцы ног оторвутся от земли. Это сработало очень хорошо; в среднем люди шли на 9 процентов быстрее, чем обычно, расходуя при этом на 17 процентов меньше энергии. При прямом сравнении с беговой дорожкой экзоскелет обеспечивал примерно вдвое меньшее усилие по сравнению с аналогичными устройствами.
Уменьшение усилия, необходимого для ходьбы, обычно не является целью, к которой следует стремиться большинству из нас; если что, американцам нужно наоборот. Но команда, разработавшая экзоскелет, видит, что его используют для помощи людям с нарушениями подвижности, в том числе пожилым или инвалидам.
«Я считаю, что в течение следующего десятилетия мы увидим эти идеи персонализации помощи и эффективных портативных устройств. экзоскелеты помочь многим людям преодолеть проблемы с мобильностью или сохранить способность жить активной, независимой и осмысленной жизнью», — сказал автор исследования и исследователь биоинженерии Патрик Слэйд в журнале. пресс-релизе.
Учитывая, что экзоскелет в настоящее время находится на стадии прототипа, в ближайшее время он не будет доступен широкой пользовательской базе. Кроме того, до сих пор он был протестирован только на здоровых взрослых в возрасте около 20 лет, поэтому необходимо будет провести новые тесты и внести коррективы для людей, которым действительно нужна помощь при ходьбе.
Команда также планирует разработать итерации, которые помогут улучшить баланс пользователей и даже уменьшить боль в суставах. Они с оптимизмом смотрят на потенциал своего устройства. «Я действительно думаю, что эта технология поможет многим людям», — сказал Коллинз.
Изображение Фото: Стэнфордский университет/Курт Хикман
