11 fogyatékos emberrel végzett kísérletekben az úgynevezett emberi hurokban algoritmus körülbelül egy órát igényelt az exoskeleton optimalizálásához, és utána átlagosan 24% -kal csökkentette a járáshoz szükséges résztvevők energiamennyiségét. kutatócsoport tagja, Rachel Jackson, posztdoktori kutató a Carnegie Mellon Egyetem (CMU) Gépészmérnöki Tanszékén.
"A csökkentés mérete meglepően meglepő volt" - mondta a Live Sciencenek Jackson.
Jackson és kollégái, Steven Collins, a CMU gépészmérnöki egyetemi docens, és Juanjuan Zhang, korábban a CMU és a Kínai Nankai Egyetem professzora vezetésével, ma (június 22-én) online közzétették a folyóiratban. Tudomány.
A megkönnyített terhelés minden bizonnyal vonzó, de a személyre szabott exoskeleton megnöveli a távolságot, amelyben a testi fogyatékkal élők járhatnak, és ez még az egyének gyorsabb futását is segítheti - mondta Jackson.
Jackson, a testi fogyatékossággal élő emberek, például azok, akik stroke-ot, neurológiai sérülést vagy amputációt szenvedtek, szintén előnnyel járhatnak. A személyre szabott exoskeleton könnyedé teheti a járást, mint az amputáció vagy sérülés előtt - mondta.
Korábban a többi kutatócsoport által elért legnagyobb átlagos energiacsökkentés 14,5 százalék volt, mindkét lábán hordott, kézzel beállított boka exoskeletonok felhasználásával, és 22,8% volt, olyan exosuit alkalmazásával, amely mindkét csípőre és mindkét bokára hatott előre beprogramozott beállításokkal.
A CMU humán a hurokban algoritmusa azonban jobban teljesített, és nem támaszkodott az előprogramozásra.
"Ez az algoritmus annyira jó volt, hogy képes volt felfedezni egy segélystratégiát az energiaköltségek csökkentésére egyetlen eszköz segítségével" - mondta Jackson. "Nagyon jó volt."
Az exoskeletonokkal kapcsolatos kihívás az, hogy bár ezek célja egy ember segítése, akadályozhatják a mozgást - mondta Jackson. Először is, minden eszköz saját súlyával érkezik, néhány unciától néhány kilóig terjedően, és a felhasználónak hordoznia kell ezt a súlyt. Az exoszkeletonokat úgy is tervezték, hogy erőt gyakoroljanak a test bizonyos részeire, de ha az erő időzítése ki van kapcsolva, akkor az embernek több energiát kell használnia a mozgáshoz - mondta Jackson. És ez kontraproduktív.
A közelmúltbeli tanulmány optimalizálási fázisa során minden résztvevő viselt egy boka exoskeletont, valamint egy maszkot, amely az oxigén és a szén-dioxid (CO2) szintjének mérésére szolgál. Ezek az intézkedések arra vonatkoznak, hogy mennyi energiát költ az ember. Amint mindenki egyenletes ütemben futott a taposómalmon, az exoskeleton a bokákra és a lábujjakra különféle segítségnyújtási mintákat alkalmazott.
Ezek a minták az erő alkalmazásának és az erő mennyiségének a kombinációját tartalmazták. Például az erőket egy pozíció korai szakaszában (amikor a sarok először eléri a talajt), az állás közepén (amikor a láb lapos) vagy késői helyzetben (amikor a láb felugrott a lábujjhoz). A helyzet ilyen változásainál nagyobb vagy kisebb erő alkalmazható.
Az algoritmus a résztvevők 32 különböző mintára adott válaszát tesztelte, amelyek 2 percenként változtak. Ezután megmérte, hogy a minta megkönnyíti vagy megnehezíti-e a személy járását.
Az alig egy óráig tartó munkamenet végére az algoritmus egyedi támogatási mintát hozott létre, az egyes egyénekre optimalizálva.
"A minták általános alakját tekintve nagy volt a variabilitás, ami annak fontosságáról szól, hogy ezeket a stratégiákat mindenkire testre kell szabni, ahelyett, hogy ugyanazt a dolgot mindenkire alkalmaznák" - mondta Jackson.
Hozzátette, hogy az eszköz valószínűleg nemcsak azért működött jól, mert „tanulás volt”, hanem azért is, mert mivel megváltoztatta a segítségnyújtás mintáját, az azt használó személy is tanul.
"Úgy gondoljuk, hogy arra kényszeríti az embereket, hogy vizsgálják meg az egyes lehetőségeiket, hogy jobban együttműködjenek az eszközzel," - mondta Jackson. Ez segíti az embert abban, hogy miként lehet a legjobban használni az eszközt, és miként élvezheti a legnagyobb előnyt belőle. "Ez egy kétirányú utca" - mondta.
A csapat többi tagja azt tervezi, hogy megvizsgálja, hogyan lehet méretezni az algoritmust egy hat ízülettel rendelkező exoskeleton létrehozására, amelyet úgy terveztek, hogy az egész test alsó részén viselhető legyen.
