В Стэнфорде разработали экзоскелет, который адаптируется к походке пользователя

«Этот экзоскелет делает помощь персональной, поскольку люди обычно ходят по реальному миру», — сказал Стив Коллинз, адъюнкт-профессор машиностроения и руководитель лаборатории биомехатроники Стэнфорда.

Экзоскелеты как концепция не новы — исследователи полагают, что они могли бы помочь людям с проблемами мобильности или снять часть нагрузки при ходьбе для людей, занятых на работах, требующих постоянного движения.

Но до сих пор устройства, работающие в лаборатории, не так хорошо адаптировались к реальным условиям. Они часто громоздки и сложны в использовании, а настраивать их персонально для каждого нового пользователя дорого и трудно.

Команда Стэнфордской лаборатории биомехатроники попыталась решить эти проблемы. Во-первых, устройство является автономным. Оно пристегивается к лодыжке и поднимается вверх по голени. Блок управления с батареей располагается на поясе, что позволяет свободно передвигаться на улице и в обычной повседневной обстановке.

Прямо сейчас прототип представляет собой клубок проводов, который крепится к ботинку и ниже колена. Устройство подталкивает икроножную мышцу при каждом шаге, прикладывая силу, которая дает пользователю толчок.

Команда также разработала новый метод, позволяющий упростить подгонку экзоскелета под каждого пользователя.

Фото в тексте: Stanford University

Обычно для этого людей просят походить по беговой дорожке в лаборатории, пока фиксируются их потребление кислорода и затраты энергии. Таким образом устройство можно настраивать до тех пор, пока оно не начнет срабатывать в нужный момент, помогая сократить количество энергии, потребляемой отдельным человеком.

Новый подход, опубликованный в журнале Nature, опирается на данные предыдущего эксперимента, в ходе которого отслеживались люди, ходившие с экзоскелетом в лаборатории в сотнях различных условий. На основе этих данных построили модель, которая могла бы определить, какую энергию люди использовали для ходьбы, основываясь на информации от дешевых датчиков, встроенных в экзоскелет.

Эта модель позволяет экзоскелету учиться тому, как лучше всего помочь кому-то ходить, в режиме реального времени и в реальных условиях. В ходе исследования систему протестировали на 10 людях. Выяснилось, что она способна оптимизировать движения примерно за час.

В это время пользователь прогуливался, получая различные подсказки (например, «двигайтесь так, будто собираетесь сесть в автобус»), чтобы устройство могло приспособиться к скорости ходьбы, используемой в повседневных ситуациях.

После оптимизации экзоскелет позволял участникам двигаться быстрее, затрачивая при этом меньше энергии, чем при ношении обычной обуви. Исследование показало, что в реальных тестах, когда участники выходили на улицу, это было все равно что снять 20-килограммовый рюкзак.

Читайте по теме:

Бионическая поджелудочная железа сможет существенно упростить жизнь диабетиков

Британская компания создала куртку, которая может обмануть инфракрасную камеру

В этом исследовании экзоскелет тестировался только на здоровых взрослых в возрасте около 20 лет. Поэтому еще предстоит пройти долгий путь, чтобы проверить, поможет ли разработка тем, кто нуждается в дополнительной помощи, — пожилым людям, которые медленно ходят, или людям, занятым на физически тяжелой работе, например, работникам склада.

Само устройство является прототипом — предстоит пройти еще долгий путь, прежде чем оно станет доступным.

Неясно, сколько может стоить подобный экзоскелет, если он появится на рынке как медицинский или потребительский продукт. Тем не менее, считают исследователи, демонстрация того, что экзоскелет может улучшить движения в реальной среде, — исключительное достижение для робототехники.

«Я верю, что в течение следующего десятилетия мы увидим, как идеи персонализации помощи и эффективных портативных экзоскелетов помогут многим людям преодолеть проблемы с мобильностью или сохранить возможность вести активную, независимую и осмысленную жизнь», — говорится в заявлении автора исследования и биоинженера Патрика Слейда.

Источник.

Фото на обложке: Aleks Images / Shutterstock