Екзоскелет навчили швидко підлаштовуватися під конкретну людину

Дослідники розробили екзоскелет і програмне забезпечення для нього, яке підлаштовує рухи пристрою під конкретну людину. На відміну від аналогічних систем, новий екзоскелет потребує трохи більше ніж 20 хвилин на адаптацію до користувача, після чого його енергетичні витрати на ходьбу знижуються на 17 відсотків, повідомляється в журналі.

Багато екзоскелетів призначені для підвищення сили людини, наприклад, для підняття дуже важких вантажів. Частина інженерів розробляють екзоскелети іншого типу, які не збільшують характеристики людини, але полегшують виконання регулярних рухів, в тому числі і ходьби. Такі розробки вже існують, але майже всі з них мають усереднену конструкцію, не оптимізовану для конкретних людей, а ті, які все ж підлаштовуються під користувача, вимагають довгого калібрування.

Інженери під керівництвом Конора Волша (Conor Walsh) з Гарвардського університету розробили більш досконалий алгоритм для екзоскелета, який вміє швидко адаптуватися під конкретного користувача. Сам екзоскелет складається з трьох основних частин: верхній, що закріплюється на талії, і двох нижніх, що закріплюються на стегнах. Вони з'єднані тросами, приєднаними до зовнішнього апарату, який може тягнути трос і тим самим допомагати руху стегна при ходьбі.

Для швидкого визначення найкращого режиму роботи екзоскелета дослідники вибрали метод байєсовської оптимізації, що дозволяє легко знаходити мінімум для функції з невеликим набором даних. Процес калібрування екзоскелета відбувається наступним чином. Користувач йде біговою доріжкою з надягнутим екзоскелетом і датчиком інтенсивності дихання. Під час кожного кроку екзоскелет тягне стегно, керуючись двома параметрами: часом пікової сили і часом припинення роботи. Отримуючи дані про енергетичні витрати організму з інтенсивності дихання алгоритм після кожного кроку трохи змінює параметри роботи екзоскелета, розраховуючи таким чином знизити навантаження.

Розробники перевірили ефективність екзоскелета і алгоритму, провівши тести на восьми добровольцях. Випробування показали, що екзоскелет знижує енерговитрати організму при ходьбі в середньому на 17,4 відсотка. При цьому алгоритму знадобилося в середньому 21,4 хвилини на оптимізацію під конкретного учасника.

Минулого року інша група американських інженерів створила адаптивний екзоскелет для полегшення ходьби, що закріплюється на нижню частину ніг. Він може зменшувати енергетичні витрати при ходьбі на чверть, але для знаходження оптимального режиму роботи йому потрібне годинне калібрування.