V poskusih z 11 gibalno sposobnimi ljudmi je tako imenovani algoritem človek-v-zanki potreboval približno eno uro za optimizacijo eksoskeleta, nato pa zmanjšal količino energije, ki jo je udeležencem v povprečju potrebno za hojo, članica raziskovalne skupine Rachel Jackson, podoktorska raziskovalka na oddelku za strojništvo na univerzi Carnegie Mellon (CMU).
"Velikost zmanjšanja je bila precej osupljiva," je Jackson povedal Live Science.
Jackson in njeni sodelavci pod vodstvom Stevena Collinsa, izrednega profesorja strojništva CMU, in Juanjuan Zhang, prej CMU, zdaj pa profesor na univerzi Nankai na Kitajskem, sta danes (22. junij) v reviji objavila rezultate svojih raziskav na spletu. Znanost.
Olajšana obremenitev je zagotovo privlačna, vendar bi osebni eksoskelet lahko povečal tudi razdaljo, ki jo lahko hodi sposobna oseba, in celo pomagal posameznikom, da hitreje tečejo, je dejal Jackson.
Ljudje s telesnimi okvarami, na primer tisti, ki so utrpeli možgansko kap, nevrološko poškodbo ali amputacijo, bodo morda prav tako spoznali koristi, je dejal Jackson. Poosebljen eksoskelet lahko hojo naredi lažjo ali lažjo, kot je bila pred amputacijo ali poškodbo, je dejala.
Prej so bila največja povprečna zmanjšanja energije, ki so jih dosegle druge raziskovalne skupine, 14,5 odstotka, pri čemer so uporabili ročno prilagojene eksoskelete gležnja, ki so jih nosili na obeh nogah, in 22,8 odstotka, z uporabo eksota, ki je deloval na obeh bokih in na obeh gležnjih z uporabo predhodno programiranih nastavitev.
Toda algoritem CMU človeška v zanki je deloval bolje in se ni zanašal na predprogramiranje.
"Ta algoritem je bil tako dober, da je lahko odkril strategijo pomoči za zmanjšanje stroškov energije samo z eno samo napravo," je dejal Jackson. "To je bilo precej kul."
Izziv z zunanjimi okostji je, da lahko, čeprav so namenjeni pomoči človeku, ovirajo gibanje, je dejal Jackson. Za začetek vsaka naprava pride s svojo težo, ki sega od nekaj unč do nekaj kilogramov, uporabnik pa mora nositi to težo. Eksoskeleti so zasnovani tudi za uporabo sile na določene dele telesa, če pa je čas sile izklopljen, bo morda oseba potrebovala več energije za gibanje, je dejal Jackson. In to je kontraproduktivno.
V fazi optimizacije nedavne študije je vsak udeleženec nosil eksoskelet gležnja in masko, ki je bila zasnovana za merjenje ravni kisika in ogljikovega dioksida (CO2). Ti ukrepi se nanašajo na to, koliko energije porabi oseba. Medtem ko je vsaka oseba enakomerno hodila po tekalni stezi, je eksoskelet na gležnjeve in prste nanašal vrsto različnih vzorcev pomoči.
Ti vzorci so bili kombinacija časa, ko je bila uporabljena sila in količine sile. Na primer, sile je mogoče uporabiti zgodaj v drži (ko peta prvič udari ob tla), na sredini stojnice (ko je stopalo ravno) ali pozno v drži (ko se je stopalo prevrnilo na nogo). Med temi spremembami položajev bi lahko uporabili večjo ali manjšo količino sile.
Algoritem je testiral odzive udeležencev na 32 različnih vzorcev, ki so se spreminjali vsaki 2 minuti. Nato je izmerila, ali vzorec osebi olajša ali oteži hojo.
Do konca seje, ki je trajala nekaj več kot eno uro, je algoritem izdelal edinstven vzorec pomoči, optimiziran za vsakega posameznika.
"Glede na splošno obliko vzorcev je bila velika variabilnost, kar govori o pomembnosti prilagoditve teh strategij vsaki osebi, namesto da bi to isto stvar uporabili za vse," je dejal Jackson.
Dodala je, da je naprava morda dobro delovala ne samo zato, ker se je "učila", ampak tudi zato, ker se je s spreminjanjem vzorca pomoči oseba, ki jo uporablja, tudi učila.
"Mislimo, da sili ljudi k raziskovanju različnih načinov usklajevanja njihovega gibanja, da bi bolje sodelovali z napravo," je dejal Jackson. To osebi pomaga usmerjati, kako najbolje uporabljati napravo in od nje izkoristiti največjo korist. "To je dvosmerna ulica," je dejala.
Ostali člani ekipe načrtujejo preizkus, kako bi lahko algoritem razširili, da bi ustvarili eksoskelet s šestimi sklepi, zasnovan tako, da se nosi na celotni spodnji polovici telesa.
