Roboter-Exoskelette könnten behinderten Menschen dabei helfen, ihre Mobilität wiederzuerlangen, Fabrikarbeitern dabei helfen, schwerere Lasten zu heben oder Sportlern dabei zu helfen, schneller zu laufen. Bisher waren sie weitgehend auf das Labor beschränkt, da sie für jeden Benutzer sorgfältig kalibriert werden mussten. Ein neuer Universalcontroller könnte dies jedoch bald ändern.

Während das Wort „Exoskelett“ möglicherweise an Science-Fiction-Bilder aus Filmen wie … erinnert Alien und Avatar, die Technologie ist auf dem Weg in die reale Welt. Exoskelette wurden als Mittel zur Vorbeugung von Verletzungen getestet Autofabriken, lass Soldaten Tragen Sie schwere Rucksäcke länger und gleichmäßiger mit sich herum Helfen Sie Menschen mit Parkinson Bleiben Sie mobil.

Aber die Software, die steuert, wie viel Kraft zur Unterstützung der Gliedmaßen eines Benutzers angewendet werden soll, muss normalerweise sorgfältig an jeden Einzelnen angepasst werden. Außerdem hilft es normalerweise nur bei einigen wenigen vorgegebenen Bewegungen, für die es speziell entwickelt wurde.

Ein neuer Ansatz von Forschern des Georgia Institute of Technology nutzt Neuronale Netze um die Bewegungen eines Exoskeletts nahtlos an die jeweilige Körperhaltung und Gangart jedes Benutzers anzupassen. Das Team sagt, dass dies dazu beitragen könnte, die Technologie aus dem Labor zu holen und den Menschen im Alltag zu helfen.

„Das Coole daran ist, dass es sich an die innere Dynamik jeder Person anpasst, ohne dass Abstimmungen oder heuristische Anpassungen erforderlich sind, was einen großen Unterschied zu vielen Arbeiten auf diesem Gebiet darstellt“, sagte Aaron Young, der die Forschung leitete eine Pressemitteilung.

Exoskelette Verwenden Sie Elektromotoren, um die Gliedmaßen eines Benutzers bei anstrengenden Aktivitäten mit zusätzlicher Kraft zu versorgen. Die meisten Kontrollsysteme konzentrieren sich auf die Unterstützung klar definierter Aktivitäten wie Gehen oder Treppensteigen.

Ein gängiger Ansatz, sagen die Forscher, besteht darin, einen High-Level-Algorithmus vorherzusagen, welche Aktion der Benutzer ausführen möchte, und dann, wenn diese Aktivität erkannt wird, ein spezielles Kontrollschema einzuleiten, das für diese Art von Bewegung entwickelt wurde.

Das bedeutet, dass das Exoskelett nur bestimmte Aktivitäten unterstützen kann und selbst wenn das Gerät mehrere verschiedene unterstützt, müssen Benutzer häufig per Knopfdruck zwischen ihnen wechseln. Darüber hinaus muss das Gerät sorgfältig angepasst werden, damit sein Steuerungsschema der einzigartigen Form und Dynamik der Gliedmaßen jedes Benutzers entspricht.

Der neue Ansatz, der vom Georgia Tech-Team entworfen und in a beschrieben wurde Papier in Wissenschaft RoboticsStattdessen konzentriert es sich darauf, was die Gelenke und Muskeln eines Benutzers zu einem bestimmten Zeitpunkt tun, und bietet ihnen kontinuierlich elektrische Unterstützung. Ihr Ansatz wurde an einem Hüft-Exoskelett getestet, das nach Ansicht der Forscher in einer Vielzahl von Szenarien nützlich ist.

Ein neuronales Netzwerk, das auf einem GPU-Chip läuft, liest Daten von mehreren Sensoren am Exoskelett, die den Winkel verschiedener Gelenke sowie die Richtung und Geschwindigkeit des Benutzers messen. Es verwendet diese Informationen, um vorherzusagen, welche Bewegungen der Benutzer ausführt, und weist dann die Motoren des Exoskeletts an, genau das richtige Drehmoment aufzubringen, um einen Teil der Last von den relevanten Muskeln zu nehmen.

Das Team trainierte das neuronale Netzwerk anhand von Daten von 25 Teilnehmern, die in verschiedenen Kontexten gingen, während sie das Exoskelett trugen. Dies half dem Algorithmus, ein allgemeines Verständnis darüber zu gewinnen, wie Sensordaten mit Muskelbewegungen zusammenhängen, und ermöglichte eine automatische Anpassung an neue Benutzer, ohne auf deren Eigenheiten zugeschnitten zu sein.

Die Studie zeigte, dass das resultierende System den Energieverbrauch der Verbraucher für eine Vielzahl von Aktivitäten erheblich reduzieren könnte. Die Reduzierung des Energieverbrauchs verlief zwar ähnlich wie bei früheren Ansätzen, entscheidend war jedoch, dass sie nicht auf bestimmte Aktionen beschränkt war und kontinuierliche Unterstützung bieten konnte, unabhängig davon, was der Benutzer gerade tat.

Während die Forscher sagen, es sei noch zu früh, um zu sagen, ob sich der Ansatz auf andere Arten von Exoskeletten übertragen lässt, scheint die übergeordnete Idee relativ anpassungsfähig zu sein. Das deutet darauf hin, dass Exoskelette bald zu einem „Standardprodukt“ werden könnten, das Menschen bei einer Vielzahl anstrengender Aktivitäten unterstützt.

Bild-Kredit: Candler Hobbs, Georgia Institute of Technology

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• Quelle: https://singularityhub.com/2024/03/22/researchers-are-building-universal-exoskeletons-anyone-can-use/