Experimental Ankle Exoskeleton Increases Walking Speed By 40 Percent

يعمل المهندسون في جامعة ستانفورد على تطوير نموذج أولي للهيكل الخارجي للكاحل لمساعدة الناس على المشي بشكل أسرع. قد يبدو هذا مثل آخر أداة الجدة غريبة، لكنها مصممة لغرض جاد لمساعدة أولئك الذين تتباطأ مشيتهم بسبب العمر أو الضعف.

مع تقدم الناس في السن ، يميلون إلى المشي بشكل أبطأ. جزء من هذا هو أنهم يدركون أنه لا فائدة من التسرع ، ولكن هناك أيضًا بداية التنكس العصبي العضلي أو البلى العام. نتيجة لذلك ، يجد كبار السن وأولئك الذين يعانون من ظروف مختلفة أنفسهم يمشون بشكل محبط أبطأ مما يرغبون.

للمساعدة في التغلب على هذا ، يعمل فريق ستانفورد على مفهوم الهيكل الخارجي بالطاقة والذي يمكن أن يأخذ بعض الجهد البدني ، مما يسمح لمرتديه بالتحرك بشكل أسرع. عند اكتماله ، سيتناسب الجهاز حول الجزء الخلفي من الساق وداخل حذاء الجري ، مما يتيح لمرتديه تحديد سرعة المشي المفضلة.

حاليًا ، الهيكل الخارجي هو محاكي. هذا هو إعداد تجريبي يستخدم في جهاز الجري ، حيث يتم تشغيل الهيكل الخارجي بواسطة حبل متصل بمحركات خارجية كبيرة ويتم التحكم فيه بواسطة خوارزمية. بينما يمشي مرتديها ، يعمل الهيكل الخارجي مثل عضلة ربلة الساق الميكانيكية ، مما يضع القليل من القوة في كل خطوة عن طريق شد الكعب لأعلى والضغط على أصابع القدم لأسفل. يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة سرعة المشي لمن يرتديها بنسبة 40 بالمائة تقريبًا ، وهو أمر غير متوقع.

لاختبار المحاكي ، طُلب من 10 من البالغين الأصحاء المشي في خمسة أوضاع مختلفة بأحذية عادية ، ثم الهيكل الخارجي مع إيقاف التشغيل ، ثم التشغيل في ثلاثة أوضاع مختلفة. يعمل وضعان على تحسين السرعة والكفاءة على التوالي ، بينما كان الوضع الثالث عبارة عن دواء وهمي يعمل كعنصر تحكم.

أثناء سيرهم على جهاز المشي ، قامت الخوارزمية بتعديل الإعدادات على الهيكل الخارجي ، مما أدى إلى تحسينها لأكثر من 150 جولة ، واستغرق ذلك حوالي ساعتين. بينما زادت السرعة بنحو 40 في المائة ، ارتفعت كفاءة الطاقة بنحو XNUMX في المائة فقط ، لكن الكفاءة لم تكن الهدف الرئيسي للجولة الأولى من الاختبارات.

الهدف المباشر هو جعل النموذج الأولي أكثر كفاءة وراحة. في النهاية ، سيكون قادرًا على إنتاج هيكل خارجي يمكنه العمل بمفرده ويمكن أن يرتديه كبار السن. لن يؤدي هذا الإصدار الأكثر تقدمًا إلى تحسين سرعة المشي فحسب ، بل سيساعد أيضًا في تخفيف الألم الناتج عن الحمل الزائد أو عدم التوازن.

يقول ستيف كولينز ، الأستاذ المشارك في الهندسة الميكانيكية بجامعة ستانفورد: "إن زيادة السرعة بنسبة 40 في المائة هي أكثر من الفرق بين البالغين الأصغر سنًا وكبار السن". "لذلك ، من المحتمل ألا تتمكن أجهزة مثل هذه من استعادة سرعة المشي المختارة ذاتيًا للأفراد الأكبر سنًا فحسب ، بل وتعززها ، وهذا شيء يسعدنا اختباره بعد ذلك."

نشر البحث في معاملات IEEE على الأنظمة العصبية وهندسة إعادة التأهيل.

يناقش الفيديو أدناه الهيكل الخارجي للكاحل.