Носимый робот, который помогает людям ходить

Инновационный носимый робот для помощи в похищении бедра, разработанная в лаборатории робототехники вспомогательной и реабилитации в Университете Чунг-Ан.Кредит: Park et al.

Исследователи из Университета Чунг-Ан в Южной Корее недавно представили нового носимого робота, предназначенного для конкретного помощи людям, которые испытывают трудности из-за старения, мышечной слабости, операций или конкретных заболеваний.Этот робот, представленный в статье, опубликованной в научной робототехнике, был обнаружен, улучшает баланс, а также снижает энергию, потраченную во время ходьбы (то есть так называемые метаболические издержки).

«Наша недавняя статья была в основном вдохновлена признанием того, что большинство носимых роботов для помощи походке сосредоточены исключительно на движениях в сагиттальном самолете», - сказал Tech Xplore Джук Ли, один из исследователей, которые провели исследование.«Однако ходьба по своей природе является трехмерной деятельностью, и движения в других плоскостях столь же важны».

В отличие от других роботизированных систем для помощи в похищении бедра, предложенной в прошлом, робот, созданный Ли и его коллегами, фокусируется на фронтальной плоскости.Это фронтальная часть человеческого тела, известная для того, чтобы поддерживать движения и боковую стабильность во время ходьбы.

«Традиционно, исследования по ходьбе рассматривали движения вперед и боковой баланс как отдельные функции»,-сказал Мюунги Ким, соавтор статьи.«Только недавно была признана помощь направления переднего воздействия за его вклад в боковую стабильность. Тем не менее, наоборот-влияние боковой помощи на эффективность ходьбы на переднем крае-остаются недостаточно».

Ключевым предположением исследования исследователей является то, что метаболическая стоимость ходьбы может быть снижена с использованием носимых роботов, которые имитируют естественный момент похищения бедра.Это движение ноги вдали от средней линии тела, которая поддерживает ходьбу, и многие другие действия, которые люди выполняют каждый день.

«Носимый робот для помощи в похищении бедра, которую мы разработали, работает по принципу, что эффективность ходьбы может быть повышена, поддерживая боковые движения тела», - сказал Ли.«Когда мы идем вперед, центр массы нашего тела естественным образом смещает сдвинув в сторону, чтобы поддерживать равновесие - процесс, известный как восстановление. На этой фазе восстановления участвуют мышцы похищения бедра. Наше устройство помогает этим мышцам, что облегчает владельцу владельцу.восстановить центр массы с меньшими усилиями ».

Ли и его коллеги оценили производительность своего робота как в моделировании, так и в реальных экспериментах.Результаты этих тестов были очень многообещающими, показывая, что робот снизил метаболическую стоимость ходьбы на 11,6% по сравнению с обычной, неофициальной ходьбой, а также улучшая баланс и стабильность.

«Наше исследование демонстрирует, что повышение эффективности походки не требует, чтобы носимый робот сосредоточился только на сагиттальном самолете», - сказал Ли.«Поскольку ходьба является трехмерным движением, важно рассмотреть движения между различными плоскостями».

По сути, робот по борьбе с похищением бедра, разработанный Ли и его коллегами, влияет на движения бедер и ног, которые, как известно, поддерживают ходьбу.Его уникальный дизайн позволяет ему эффективно «заменить» часть усилий, которые люди обычно ставят при ходьбе.

«Наше исследование демонстрирует существенную роль боковой помощи в повышении эффективности ходьбы за счет облегчения более эффективной передачи центра масс организма от одной ноги к другой», - добавил Ким.«Это понимание особенно обнадеживает для людей с уменьшенной мышечной силой, предлагая новое направление для механизмов поддержки. Движение вперед, будет важно изучить, как боковая помощь может помочь людям с ограниченной подвижностью, потенциально трансформируя стратегии реабилитации и поддержки».

В будущем роботизированная система, разработанная этой командой исследователей, может быть улучшена и в конечном итоге коммерциализирована, поддерживая как реабилитацию, так и повседневное использование.Робот может оказаться полезным для пожилых людей, пациентов, которые перенесли операции на ноге или бедре, и другим людям, которые испытывают трудности с ходьбой.

«Для будущих исследований мы планируем углубиться в то, как похищение бедра влияет на баланс ходьбы», - добавил Ли.«Мы заметили, что похищение бедра не только повышает эффективность походки, но и может также влиять на баланс. Мы стремимся изучить потенциал носимых роботов в повышении баланса ходьбы».

Больше информации: Джунил Парк и др., Влияние помощи в похищении бедра на метаболические затраты и баланс во время ходьбы человека.Научная робототехника (2023).Doi: 10.1126/scirobotics.ade0876.