În experimentele cu 11 persoane cu corporație, așa-numitul algoritm uman în buclă a durat aproximativ o oră pentru a optimiza exoscheletul și, ulterior, a redus cantitatea de energie necesară pentru a merge cu 24%, în medie, a spus membru al echipei de cercetare Rachel Jackson, cercetător postdoctoral la Departamentul de Inginerie Mecanică din Carnegie Mellon University (CMU).
"Dimensiunea reducerii a fost destul de uluitoare", a declarat Jackson pentru Live Science.
Jackson și colegii săi, conduși de Steven Collins, profesor asociat de inginerie mecanică CMU, și Juanjuan Zhang, fostul CMU și acum profesor la Universitatea Nankai din China, au publicat rezultatele cercetării lor online astăzi (22 iunie) în jurnal. Ştiinţă.
O încărcare ușoară este cu siguranță atrăgătoare, dar un exoschelet personalizat ar putea, de asemenea, să crească distanța pe care o persoană fizică poate să o parcurgă, și ar putea chiar ajuta persoanele să alerge mai repede, a spus Jackson.
Oamenii cu deficiențe fizice, cum ar fi cei care au suferit un accident vascular cerebral, o leziune neurologică sau o amputație, pot realiza beneficii, de asemenea, a spus Jackson. Un exoschelet personalizat ar putea face mersul la fel de ușor sau mai ușor decât a fost înainte de o amputație sau vătămare, a spus ea.
Anterior, cele mai mari reduceri medii de energie realizate de alte echipe de cercetare au fost de 14,5 la sută, folosind exoscheletele gleznei reglate manual, purtate pe ambele picioare, și 22,8 la sută, folosind un exosuit care a acționat atât pe șolduri cât și pe ambele glezne folosind setări preprogramate.
Dar algoritmul CMU uman-în-buclă a performat mai bine și nu s-a bazat pe preprogramare.
"Acest algoritm a fost atât de bun încât a fost capabil să descopere o strategie de asistență pentru a reduce costurile de energie doar cu un singur dispozitiv", a spus Jackson. "A fost destul de fain."
Provocarea cu exoscheletele este că, deși sunt menite să asiste o persoană, pot împiedica mișcarea, a spus Jackson. Pentru început, fiecare dispozitiv vine cu propria greutate, variind de la câteva uncii la câteva kilograme, iar utilizatorul trebuie să suporte această greutate. Exoscheletele sunt, de asemenea, concepute pentru a aplica forța pe anumite părți ale corpului, dar dacă timpul forței este oprit, persoana poate fi nevoită să folosească mai multă energie pentru a se deplasa, a spus Jackson. Și asta este contraproductiv.
În faza de optimizare a studiului recent, fiecare participant a purtat un exoschelet de gleznă, precum și o mască concepută pentru a măsura nivelurile de oxigen și dioxid de carbon (CO2). Aceste măsuri se referă la câtă energie cheltuiește persoana. Pe măsură ce fiecare persoană mergea pe o banda de alergare într-un ritm constant, exoscheletul aplica un set de modele diferite de asistență la glezne și degetele de la picioare.
Aceste modele erau o combinație între momentul aplicării forței și cantitatea de forță. De exemplu, forțele ar putea fi aplicate devreme în poziție (când călcâiul lovește prima dată pământul), în mijlocul poziției (când piciorul este plat) sau în poziție târzie (când piciorul s-a rostogolit până la vârf). În timpul acestor variații de poziții, s-ar putea aplica o cantitate mai mare sau mai mică de forță.
Algoritmul a testat răspunsurile participanților la 32 de tipare diferite, care s-au schimbat la fiecare 2 minute. Apoi, a măsurat dacă modelul face mai ușoară sau mai dificilă pentru omul de mers.
Până la sfârșitul sesiunii, care a durat doar mai mult de o oră, algoritmul a produs un model unic de asistență optimizat pentru fiecare individ.
„În ceea ce privește forma generală a tiparelor, a existat o mare variabilitate, ceea ce vorbește despre importanța personalizării acestor strategii pentru fiecare persoană, mai degrabă decât aplicarea aceluiași lucru tuturor”, a spus Jackson.
Ea a adăugat că este posibil ca dispozitivul să fi funcționat bine nu doar pentru că a fost „învățat”, ci și pentru că, pe măsură ce a modificat modelul de asistență, persoana care îl utilizează învăța și el.
„Credem că îi obligă pe oameni să exploreze diferite moduri de a-și coordona mersul pentru a interacționa mai bine cu dispozitivul”, a spus Jackson. Acest lucru ajută la ghidarea persoanei cu privire la modul în care poate utiliza cel mai bine dispozitivul și să obțină cel mai mare beneficiu de la acesta. "Este o stradă cu două sensuri", a spus ea.
Alți membri ai echipei intenționează să testeze modul în care algoritmul ar putea fi scalat pentru a crea un exoschelet cu șase articulații, proiectat să fie purtat pe întreaga jumătate inferioară a corpului.
