Исследователи создали адаптивный алгоритм экзоскелета голеностопного сустава
Исследователи надеются, что алгоритм на шаг приблизит нас к созданию экзоскелетов лодыжек, которые помогут людям увеличить выносливость. В частности, алгоритм может помочь исследователям разработать экзоскелеты, которые автоматически адаптируются к отдельным пользователям и задачам, устраняя необходимость ручной калибровки каждой задачи.
«Этот конкретный тип экзоскелета для голеностопного сустава может быть использован для помощи людям с ограниченной подвижностью», - сказала Лея Стирлинг, доцент кафедры промышленной инженерии и робототехники Мичиганского университета и старший автор исследования, опубликованного в журнале PLOS ONE. «Это мог быть пожилой человек, который обычно не может прогуливаться в парке со своими внуками. Но теперь у пожилых людей, когда они носят эту систему, появляется дополнительная помощь, которая позволяет им делать больше, чем раньше».
Современные экзоскелеты, как правило, должны быть адаптированы к одному пользователю, выполняющему одну конкретную задачу, например, ходьбу по прямой. Изменение задач или смена пользователей требует длительной ручной настройки.
Новый алгоритм продемонстрировал способность обрабатывать различные скорости ходьбы, а также изменения походки между ходьбой и бегом. Отличие этого алгоритма управления от тех, которые обычно используются в экзоскелетах, состоит в том, что он напрямую измеряет, насколько быстро расширяются и сокращаются мышечные волокна. Он использует эти измерения для определения количества химической энергии, которую мышца использует во время выполнения работы, а затем сравнивает это измерение с биологической моделью, чтобы определить лучший способ содействия движению.
Современные методы помощи в движении используют более широкие показатели ходьбы, что делает их менее точными, чем новый метод, который измеряет непосредственно физиологию мышц.
Исследователи из Мичиганского университета решили сосредоточиться на голеностопе из-за той ключевой роли, которую он играет в подвижности человека. Команда обнаружила, что помощь мышцам лодыжки может существенно повлиять на нашу способность ходить дальше и быстрее.
Для моделирования и тестирования своего алгоритма команда ученых использовала данные о существующих устройствах экзоскелета и динамике мышц. Во время тестирования команда внесла коррективы, чтобы сделать алгоритм более чувствительным к изменениям скорости и походки.
Следующим шагом команды будет тестирование задач экзоскелета на людях. Во время тестирования команда будет использовать ультразвук для измерения изменений мышечных волокон в режиме реального времени.
