Robotexoskelett kan hjälpa funktionshindrade att återfå sin rörlighet, fabriksarbetare lyfter tyngre laster eller idrottare springer snabbare. Hittills har de till stor del varit begränsade till labbet på grund av behovet av att noggrant kalibrera dem för varje användare, men en ny universell kontroller kan snart ändra på det.

Medan ordet "exoskeleton" kan framkalla sci-fi-bilder från filmer som Främmande och Avatar, tekniken är på väg mot den verkliga världen. Exoskelett har testats som ett sätt att förhindra skador i bilfabriker, låt soldater släpa runt på tunga väskor längre och jämnt hjälpa människor med Parkinsons förbli mobil.

Men programvaran som styr hur mycket kraft som ska användas för att stödja en användares lemmar måste vanligtvis anpassas noggrant för att passa varje individ. Dessutom hjälper den normalt bara med ett fåtal förutbestämda rörelser som den är speciellt designad för.

Ett nytt tillvägagångssätt av forskare vid Georgia Institute of Technology använder neurala nätverk att sömlöst anpassa ett exoskeletts rörelser till varje användares speciella hållning och gång. Teamet säger att detta kan hjälpa till att få ut tekniken från labbet och börja hjälpa människor i vardagen.

"Det som är så coolt med det här är att det anpassar sig till varje persons interna dynamik utan några justeringar eller heuristiska justeringar, vilket är en enorm skillnad från mycket arbete på fältet," sa Aaron Young, som ledde forskningen, i ett pressmeddelande.

exoskelett Använd elektriska motorer för att ge extra kraft till en användares lemmar när du utför ansträngande aktiviteter. De flesta kontrollsystem har fokuserat på att hjälpa väldefinierade aktiviteter, som att gå eller gå i trappor.

Ett vanligt tillvägagångssätt, säger forskarna, är att ha en algoritm på hög nivå förutsäga vilken åtgärd användaren försöker vidta och sedan, när den aktiviteten upptäcks, initiera ett speciellt kontrollschema utformat för den typen av rörelser.

Detta innebär att exoskelettet bara kan hjälpa till med specifika aktiviteter, och även om enheten stöder flera olika, måste användare ofta växla mellan dem genom att trycka på en knapp. Dessutom betyder det att enheten måste justeras noggrant så att dess kontrollschema matchar den unika formen och dynamiken hos varje användares lemmar.

Det nya tillvägagångssättet designat av Georgia Tech-teamet och beskrivs i en papper i Science Robotics, fokuserar istället på vad en användares leder och muskler gör vid en viss tidpunkt och ger kontinuerligt kraftfullt stöd till dem. Deras tillvägagångssätt testades i ett höftexoskelett, som forskarna säger är användbart i ett brett spektrum av scenarier.

Ett neuralt nätverk som körs på ett GPU-chip läser data från flera sensorer på exoskelettet som mäter vinkeln på olika leder och användarens riktning och hastighet. Den använder denna information för att förutsäga vilka rörelser användaren gör och styr sedan exoskelettets motorer att applicera precis rätt mängd vridmoment för att ta bort en del av belastningen från de relevanta musklerna.

Teamet tränade det neurala nätverket på data från 25 deltagare som gick i en mängd olika sammanhang medan de bar exoskelettet. Detta hjälpte algoritmen att få en allmän förståelse för hur sensordata relaterade till muskelrörelser, vilket gjorde det möjligt att automatiskt anpassa sig till nya användare utan att skräddarsys för deras egenheter.

Studien visade att det resulterande systemet avsevärt kan minska mängden energianvändare som förbrukas i en mängd olika aktiviteter. Även om minskningen av energianvändningen liknade tidigare tillvägagångssätt, var det avgörande att det inte var begränsat till särskilda åtgärder och kunde ge kontinuerligt stöd oavsett vad användaren gjorde.

Medan forskarna säger att det är för tidigt att veta om tillvägagångssättet kommer att översättas till andra typer av exoskelett, verkar det som om den övergripande idén är relativt anpassningsbar. Det tyder på att exoskelett snart kan bli en "off-the-shelf" produkt som hjälper människor i ett brett utbud av ansträngande aktiviteter.

Image Credit: Candler Hobbs, Georgia Institute of Technology

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://singularityhub.com/2024/03/22/researchers-are-building-universal-exoskeletons-anyone-can-use/