Исследователи создают универсальные экзоскелеты, которые сможет использовать каждый

Роботизированные экзоскелеты могут помочь инвалидам восстановить подвижность, заводским рабочим поднимать более тяжелые грузы или спортсменам бегать быстрее. До сих пор они в основном ограничивались лабораторией из-за необходимости кропотливой калибровки для каждого пользователя, но новый универсальный контроллер может вскоре изменить это.

Хотя слово «экзоскелет» может напоминать научно-фантастические образы из таких фильмов, как Alien и Аватара, технология приближается к реальному миру. Экзоскелеты были протестированы как способ предотвращения травм в автомобильные заводы, пусть солдаты таскать тяжелые рюкзаки дольше и даже помогите людям с болезнью Паркинсона оставайтесь мобильными.

Но программное обеспечение, контролирующее, сколько энергии необходимо приложить для поддержки конечностей пользователя, обычно приходится тщательно настраивать, чтобы оно подходило каждому человеку. Кроме того, обычно он помогает только при выполнении нескольких заранее определенных движений, для которых он специально разработан.

Новый подход исследователей из Технологического института Джорджии использует нейронные сети чтобы плавно адаптировать движения экзоскелета к конкретной позе и походке каждого пользователя. Команда утверждает, что это может помочь вывести технологию из лаборатории и начать помогать людям в повседневной жизни.

«Что в этом такого крутого, так это то, что он приспосабливается к внутренней динамике каждого человека без каких-либо настроек или эвристических корректировок, что является огромным отличием от многих работ в этой области», — сказал в статье Аарон Янг, руководивший исследованием. пресс-релиз.

Экзоскелеты используйте электродвигатели для обеспечения дополнительной мощности конечностям пользователя при выполнении напряженных действий. Большинство схем контроля направлены на оказание помощи в четко определенных видах деятельности, таких как ходьба или подъем по лестнице.

По словам исследователей, общий подход заключается в том, чтобы алгоритм высокого уровня предсказывал, какое действие пытается предпринять пользователь, а затем, когда это действие обнаружено, инициировал специальную схему управления, предназначенную для такого рода движений.

Это означает, что экзоскелет может выполнять только определенные действия, и даже если устройство поддерживает несколько разных действий, пользователям часто приходится переключаться между ними нажатием кнопки. Более того, это означает, что устройство необходимо тщательно настроить, чтобы его схема управления соответствовала уникальной форме и динамике конечностей каждого пользователя.

Новый подход, разработанный командой Технологического института Джорджии и описанный в бумага в Робототехника, вместо этого фокусируется на том, что делают суставы и мышцы пользователя в любой конкретный момент времени, и постоянно оказывает им механическую поддержку. Их подход был опробован на тазобедренном экзоскелете, который, по словам исследователей, полезен в широком диапазоне сценариев.

Нейронная сеть, работающая на чипе графического процессора, считывает данные с нескольких датчиков экзоскелета, которые измеряют угол различных суставов, а также направление и скорость пользователя. Он использует эту информацию, чтобы предсказать, какие движения совершает пользователь, а затем направляет двигатели экзоскелета на приложение нужного крутящего момента, чтобы снять часть нагрузки с соответствующих мышц.

Команда обучила нейронную сеть на данных 25 участников, ходивших в различных условиях в экзоскелете. Это помогло алгоритму получить общее представление о том, как данные датчиков связаны с движениями мышц, что позволило автоматически адаптироваться к новым пользователям, не приспосабливаясь к их особенностям.

Исследование показало, что полученная система может значительно сократить количество энергии, затрачиваемой пользователями на различные виды деятельности. Хотя снижение энергопотребления было похоже на предыдущие подходы, важно отметить, что оно не ограничивалось конкретными действиями и могло обеспечивать постоянную поддержку независимо от того, что делал пользователь.

Хотя исследователи говорят, что еще слишком рано говорить о том, будет ли этот подход применяться к другим типам экзоскелетов, похоже, что основная идея относительно адаптируема. Это говорит о том, что экзоскелеты вскоре могут стать «готовым» продуктом, помогающим людям выполнять широкий спектр напряженных занятий.

Изображение Фото: Кэндлер Хоббс, Технологический институт Джорджии

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://singularityhub.com/2024/03/22/researchers-are-building-universal-exoskeletons-anyone-can-use/