Gerçek dünyada yürüyüş için kişiselleştirilmiş bir exosuit

Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’ndan (SEAS) araştırmacılar, robotik exosuit yardımının bir bireye göre kalibre edilebileceği ve çeşitli gerçek dünyadaki yürüme görevlerine uyarlanabileceği yeni bir yaklaşım geliştirdiler. Kredi: Biodesign Lab, Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu, Harvard Üniversitesi

İnsanlar nadiren sabit bir hızda ve tek bir eğimde yürürler. Bir sonraki randevuya koşarken, bir yaya geçidi sinyali yakalarken veya parkta sıradan bir yürüyüşe çıkarken hızı değiştiririz. İster yürüyüşe çıkalım, ister rampadan bir binaya tırmanalım, eğimler de her zaman değişir. Çevresel değişkenlere ek olarak, nasıl yürüdüğümüz cinsiyet, boy, yaş ve kas gücünden ve bazen felç veya Parkinson Hastalığı gibi sinirsel veya kas bozukluklarından etkilenir.

Bu insan ve görev değişkenliği, gerçek dünya koşullarında yürümeyi desteklemek veya artırmak için giyilebilir robotik tasarlamada büyük bir zorluktur. Bugüne kadar, giyilebilir robotik yardımı bir kişinin yürüyüşüne göre özelleştirmek, saatlerce manuel veya otomatik ayarlama gerektiriyor; bu, sağlıklı bireyler için sıkıcı bir iştir ve genellikle yaşlı yetişkinler veya klinik hastalar için imkansızdır.

Şimdi, Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’ndan (SEAS) araştırmacılar, robotik exosuit yardımının bir bireye göre kalibre edilebileceği ve çeşitli gerçek dünyadaki yürüyüş görevlerine bir konuda uyarlanabileceği yeni bir yaklaşım geliştirdiler. saniye. Biyo-ilhamlı sistem, exosuit kullanıcıları için kişiselleştirilmiş ve aktiviteye özel bir yardım profili geliştirmek için kas dinamiklerinin ultrason ölçümlerini kullanır.

Abbott ve James Lawrence Mühendislik Profesörü ve makalenin ortak yazarı Robert D. Howe, “Kas temelli yaklaşımımız, yürüyen kişiye gerçek fayda sağlayan nispeten hızlı bireyselleştirilmiş destek profilleri oluşturulmasını sağlıyor” dedi.

Araştırma şurada yayınlandı: Bilim Robotik.

Kullanıcının uzuvlarının dinamik hareketlerine odaklanan robotik dış giyim için kişiselleştirilmiş destek profilleri geliştirmeye yönelik önceki biyo-ilham girişimleri. SEAS araştırmacıları farklı bir yaklaşım benimsedi. Araştırma, Howe’nin ultrason görüntüleme ve gerçek zamanlı görüntü işleme konusunda geniş deneyime sahip Harvard Biorobotics Laboratory ile, Paul A. Maeder Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Profesörü Conor J. Walsh tarafından yürütülen Harvard Biodesign Lab arasında bir işbirliğiydi. İnsan performansını artırmak ve eski haline getirmek için yumuşak giyilebilir robotlar geliştiren SEAS.

SEAS’ta Doktora Sonrası Araştırma Görevlisi ve makalenin ilk yazarı Richard Nuckols, “Derinin altına bakmak için ultrason kullandık ve birkaç yürüyüş görevi sırasında kullanıcının kaslarının ne yaptığını doğrudan ölçtük” dedi. “Kaslarımız ve tendonlarımız uyumluluğa sahiptir, bu da uzuvların hareketi ile hareketlerini sağlayan alttaki kasların hareketi arasında mutlaka doğrudan bir haritalama olmadığı anlamına gelir.”

Araştırma ekibi, katılımcıların baldırlarına taşınabilir bir ultrason sistemi bağladı ve bir dizi yürüme görevi gerçekleştirirken kaslarını görüntüledi.







Ayak bileği exosuit gösterisi. Kredi: Biodesign Lab, Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu, Harvard Üniversitesi

Yüksek lisans öğrencisi Krithika Swaminathan, “Bu önceden kaydedilmiş görüntülerden, baldır kaslarına paralel olarak uygulanacak yardımcı kuvveti, yürüme döngüsünün itme aşamasında yapmaları gereken ek işi dengelemek için tahmin ettik” dedi. SEAS ve Fen Bilimleri Enstitüsü (GSAS) ve çalışmanın ilk yazarı.

Yeni sistem, kasın profilini yakalamak için yalnızca birkaç saniyelik bir yürüyüşe ihtiyaç duyar, tek bir adım bile yeterli olabilir.

Araştırmacılar, ultrasonla oluşturulan profillerin her biri için, kişinin exosuit ile ve exosuit olmadan yürürken ne kadar metabolik enerji kullandığını ölçtüler. Araştırmacılar, exosuit tarafından sağlanan kas tabanlı yardımın, çeşitli yürüme hızları ve eğimleri arasında yürümenin metabolik enerjisini önemli ölçüde azalttığını buldular.

Exosuit ayrıca daha önce yayınlanmış çalışmalara göre aynı veya geliştirilmiş metabolik enerji faydasını elde etmek için daha düşük yardım kuvveti uyguladı.

SEAS ve GSAS’ta yüksek lisans öğrencisi ve çalışmanın ilk yazarı Sangjun Lee, “Kası doğrudan ölçerek, exosuit’i kullanan kişiyle daha sezgisel çalışabiliriz” dedi. “Bu yaklaşımla, exosuit, kullanıcıyı ezmiyor, onlarla işbirliği içinde çalışıyor.”

Gerçek dünya koşullarında test edildiğinde, exosuit yürüme hızı ve eğimindeki değişikliklere hızla uyum sağlayabildi.

Ardından, araştırma ekibi, sistemi sürekli, gerçek zamanlı ayarlamalar yaparak test etmeyi hedefliyor.

Makalenin kıdemli yazarı Walsh, “Bu yaklaşım, rahat, kişiye özel ve uyarlanabilir yardım sağlayarak gerçek dünyadaki dinamik durumlarda giyilebilir robotların benimsenmesini desteklemeye yardımcı olabilir” dedi.

Bu araştırma aynı zamanda Dorothy Orzel tarafından ortaklaşa yazılmıştır.


İnsan-in-the-loop optimizasyonu, yumuşak, giyilebilir robotların işlevini iyileştirir


Daha fazla bilgi:
Çok yönlü yürüyüş sırasında ölçülen kas dinamiklerine dayalı olarak exosuit yardımının kişiselleştirilmesi, Bilim Robotik (2021). DOI: 10.1126/scirobotics.abj1362

Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu tarafından sağlanmıştır

Alıntı: Gerçek dünyada yürüyüş (2021, 10 Kasım) için kişiselleştirilmiş bir exosuit, 19 Kasım 2021’de https://techxplore.com/news/2021-11-personalized-exosuit-real-world.html adresinden alındı.

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.





#Gerçek #dünyada #yürüyüş #için #kişiselleştirilmiş #bir #exosuit