Новый облегченный экзокостюм поможет людям быстрее ходить и бегать — Роботех

Новый облегченный экзокостюм поможет людям быстрее ходить и бегать

Ученые из университета Чунг-Анг разработали новый экзокостюм. Он весит всего 5 кг и состоит из тканевого жилета и проводов. Такой костюм способен помочь людям с ограниченными возможностями передвижения ходить или бегать более эффективно.

Хотя у большинства людей ходьба не вызывает никаких сложностей, для других эта простая задача часто может показаться утомительной. Например, ходьба вызывает сложности у пациентов, которые выздоравливают после операции, инсульта или с болезнью Паркинсона, у людей с ограниченной подвижностью и даже у солдатов или пожарных, несущих тяжелые грузы по труднопроходимой местности. Многие исследователи размышляли над этой проблемой на протяжении многих лет, разрабатывали ряд внешних устройств, которые позволяют перемещаться, ходить и бегать намного легче, чем обычно. Разнообразие этих «роботизированных экзоскелетов» или роботизированных костюмов разрабатывалось на протяжении многих лет с целью снижения затрат энергии (или скорости метаболизма) пользователей при ходьбе и беге. Однако пока, как говорит профессор Джук Ли из Университета Чунг-Анг: « Роботизированные экзоскелеты имеют тенденцию быть громоздкими и тяжелыми; и хотя эксперименты с ходьбой показали многообещающие результаты, энергия, потраченная на бег с добавленным весом устройства, перевешивает преимущества роботизированной помощи».

Проблема, как объясняют профессор Ли и коллеги в своей статье, опубликованной в журнале Science, заключается в том, что «Ходьба и бег имеют принципиально различную биомеханику, что затрудняет разработку устройств». Решая эту проблему, ученые демонстрируют свой недавно разработанный костюм, в основном сделанный из тканевого жилета и пояса. Эти компоненты соединены проводами и оснащены батареями и мотороподобным устройством (приводом). Устройство весит всего 5 кг, удобно расположено вокруг талии, чтобы помочь мышцам разгибания бедра и обеспечить больший диапазон движений. Более того, этот экзокостюм может автоматически переключать режим помощи между ходьбой и бегом для достижения максимальной эффективности помощи. Ученые проверили свой прототип на беговых дорожках и на уличных трассах с различными ландшафтами, чтобы изучить экономию энергии, достигнутую экзоскостами в различных условиях. Они использовали алгоритм для классификации походки (ходьба или бег), которая обеспечивала обратную связь с устройством и соответствующим образом корректировала режим помощи. Это позволило экзоскостюму согласовать движение, инициированное приводом, с походкой, идентифицированной алгоритмом, и, следовательно, максимизировать экономию энергии. Внутренние и наружные испытания показали, что алгоритм мог правильно определять ходьбу и беговые движения более чем в 99,98% случаев. 

После того, как они подтвердили точность алгоритма, ученые посмотрели на экономию метаболизма, достигнутую благодаря вспомогательным функциям экзокостюма. Они обнаружили, что его помощь снижает затраты энергии на ходьбу со скоростью 1,5 метра в секунду (4,8 км в час) на 9,3%, что эквивалентно потере пользователем 7,4 кг. Они также добились успеха в обеспечении экономии энергии во время выполнения заданий (скорость 2,5 метра в секунду или 9 км в час), где функция помощи снизила скорость метаболизма на 4%, что эквивалентно потере веса на 5,7 кг. Такая экономия энергии может показаться незначительной, но, по словам профессора Ли и его коллег, «хотя изменения в скорости метаболизма относительно скромны, они имеют величину, аналогичную той, которая доказана достаточной для улучшения максимальной производительности ходьбы и бега. Пользователи этого роботизированного костюма смогут достичь более высоких спортивных результатов в различных условиях, легко переключаясь между бегом и ходьбой по мере необходимости. Это новое устройство использует разгибание бедер для управления движением ноги, что делает экзокостюмы особенно актуальными для людей с ампутированными выше колена и других людей, которым не хватает полной функции колена. 

Add a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *