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研究者は誰でも使用できる万能外骨格を構築中

プラトン再発行
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ロボット外骨格は、障害者が機動性を取り戻したり、工場労働者がより重い荷物を持ち上げたり、アスリートがより速く走ったりするのに役立つ可能性があります。これまでのところ、各ユーザーに合わせて入念に調整する必要があるため、主に研究室に限定されてきましたが、新しいユニバーサルコントローラーが間もなくそれを変える可能性があります。

「外骨格」という言葉は、次のような映画の SF イメージを呼び起こすかもしれません。 Alien & アバター、テクノロジーは現実世界に向けて一歩ずつ進んでいます。外骨格は、怪我を防ぐ方法としてテストされています。 自動車工場, 兵士にさせてください 重い荷物を長時間持ち歩き、さらには パーキンソン病の人々を助ける モバイルのままでいてください。

しかし、ユーザーの手足をサポートするためにどのくらいの力を加えるかを制御するソフトウェアは通常、各個人に合わせて慎重に調整する必要があります。また、通常は、特別に設計されたいくつかの事前に決定された動きにのみ役立ちます。

ジョージア工科大学の研究者による新しいアプローチでは、 ニューラルネットワーク 外骨格の動きを各ユーザーの特定の姿勢や歩き方にシームレスに適応させます。研究チームは、これによって技術が研究室から持ち出され、人々の日常生活を支援できる可能性があると述べている。

「これのすばらしい点は、チューニングやヒューリスティックな調整を一切行わずに、各人の内部のダイナミクスに適応することです。これは、この分野での多くの研究との大きな違いです」と研究を主導したアーロン・ヤング氏は述べた。 プレスリリース.

外骨格 激しい活動を行う際に、電気モーターを使用してユーザーの手足に余分な電力を供給します。ほとんどの制御スキームは、歩行や階段の昇りなど、明確に定義された活動を支援することに重点を置いています。

研究者らによると、一般的なアプローチは、ユーザーがどのような行動をとろうとしているかを高レベルのアルゴリズムで予測させ、その行動が検出されると、その種類の動き向けに設計された特別な制御スキームを開始するというものだという。

これは、外骨格が特定のアクティビティのみを支援できることを意味し、デバイスが複数の異なるアクティビティをサポートしている場合でも、ユーザーは多くの場合、ボタンを押してそれらを切り替える必要があります。さらに、それは、その制御スキームが各ユーザーの手足の固有の形状とダイナミクスに一致するように、デバイスを慎重に調整する必要があることを意味します。

ジョージア工科大学チームによって設計され、次の文書で説明されている新しいアプローチ 紙の 科学ロボット工学代わりに、ユーザーの関節や筋肉が特定の時点で何を行っているかに焦点を当て、継続的に強力なサポートを提供します。彼らのアプローチは股関節の外骨格でテストされており、研究者らはこれが幅広いシナリオで役立つと述べています。

GPU チップ上で実行されるニューラル ネットワークは、さまざまな関節の角度やユーザーの方向と速度を測定する外骨格上のいくつかのセンサーからデータを読み取ります。この情報を使用してユーザーがどのような動きをしているかを予測し、外骨格のモーターに適切な量のトルクを適用して関連する筋肉の負荷の一部を軽減するように指示します。

チームは、外骨格を装着してさまざまな状況で歩く25人の参加者からのデータに基づいてニューラルネットワークを訓練した。これにより、アルゴリズムはセンサー データが筋肉の動きにどのように関連するかを一般的に理解できるようになり、新しいユーザーの特異性に合わせずに自動的に適応できるようになりました。

この研究では、結果として得られたシステムにより、ユーザーがさまざまな活動で消費するエネルギー量を大幅に削減できることが示されました。エネルギー使用量の削減は以前のアプローチと同様でしたが、重要なのは、特定の行動に限定されず、ユーザーが何をしていても継続的なサポートを提供できることです。

研究者らは、このアプローチが他の種類の外骨格に応用できるかどうかを知るのは時期尚早だとしているが、全体的なアイデアは比較的適応可能であるようだ。これは、外骨格が近い将来、人々のさまざまな激しい活動を支援する「既製」製品になる可能性があることを示唆しています。

画像のクレジット： キャンドラー・ホッブズ、ジョージア工科大学

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