Pri experimentoch s 11 telesne zdatnými ľuďmi trvala takzvaný algoritmus „človek v slučke“ asi hodinu, aby optimalizoval exoskelet a následne znížil množstvo účastníkov energie potrebných na chodenie v priemere o 24 percent. členka výskumného tímu Rachel Jackson, postdoktorandka na Katedre strojárstva na Carnegie Mellon University (CMU).
„Veľkosť zníženia bola dosť ohromujúca,“ povedal Jackson spoločnosti Live Science.
Jackson a jej kolegovia pod vedením Stevena Collinsa, docenta strojného inžinierstva CMU a Juanjuan Zhang, predtým CMU a teraz profesora na Nankai University v Číne, dnes zverejnili výsledky svojho výskumu online (22. júna) v časopise. Science.
Odľahčená záťaž je určite príťažlivá, ale personalizovaný exoskelet môže tiež zvýšiť vzdialenosť, ktorú môže schopný človek dosiahnuť, a dokonca môže pomôcť jednotlivcom bežať rýchlejšie, povedal Jackson.
Výhody môžu mať aj ľudia s telesným postihnutím, napríklad tí, ktorí utrpeli mozgovú príhodu, neurologické zranenie alebo amputáciu. Personalizovaný exoskeleton mohol urobiť chôdzu tak ľahkú alebo ľahšiu ako pred amputáciou alebo zranením.
Predtým boli najväčšie priemerné energetické úspory dosiahnuté inými výskumnými tímami 14,5 percenta, s použitím ručne nastavených exoskeletónov členku, ktoré sa nosili na oboch končatinách, a 22,8 percenta, pričom sa použila exosuit, ktorý pôsobil na obe boky a obe členky pomocou predprogramovaných nastavení.
Algoritmus CMU človek v slučke však fungoval lepšie a nespoliehal sa na predprogramovanie.
„Tento algoritmus bol taký dobrý, že dokázal objaviť stratégiu asistencie na zníženie nákladov na energiu iba pomocou jediného zariadenia,“ uviedol Jackson. "Bolo to celkom v pohode."
Výzvou pre exoskeletónov je to, že hoci sú určené na pomoc človeku, môžu brániť pohybu, povedal Jackson. Pre začiatočníkov je každé zariadenie dodávané s vlastnou hmotnosťou, od niekoľkých uncí po niekoľko kilogramov, pričom užívateľ musí túto hmotnosť niesť. Exoskeletóny sú tiež navrhnuté tak, aby pôsobili silou na určité časti tela, ale ak je načasovanie sily vypnuté, môže byť potrebné, aby osoba pri pohybe potrebovala viac energie, povedal Jackson. A to je kontraproduktívne.
Počas fázy optimalizácie nedávnej štúdie mal každý účastník exoskelet členka a masku určenú na meranie hladín kyslíka a oxidu uhličitého (CO2). Tieto opatrenia sa týkajú toho, koľko energie osoba vynakladá. Keď každý chodil na bežiacom páse rovnomerným tempom, exoskeletón použil na členky a prsty na nohách súbor rôznych spôsobov pomoci.
Tieto vzorce boli kombináciou toho, kedy bola použitá sila a veľkosť sily. Napríklad sily by mohli byť aplikované skoro v postoji (keď päta prvýkrát zasiahne zem), v strede postoja (keď je noha plochá) alebo neskoro v postoji (keď sa chodidlo prevrátilo až k špičke). Počas týchto zmien polôh sa môže vyvinúť väčšie alebo menšie množstvo sily.
Algoritmus testoval reakcie účastníkov na 32 rôznych vzorov, ktoré sa menili každé 2 minúty. Potom zmerala, či vzorec uľahčuje alebo sťažuje chodenie osoby.
Na konci relácie, ktorá trvala iba dlhšie ako hodinu, algoritmus vytvoril jedinečný model pomoci optimalizovaný pre každého jednotlivca.
„Pokiaľ ide o všeobecný tvar vzorov, vyskytla sa veľká variabilita, ktorá hovorí o dôležitosti prispôsobenia týchto stratégií každému človeku, a nie o tom, aby sa to isté vzťahovalo na všetkých,“ povedal Jackson.
Dodala, že zariadenie môže dobre fungovať nielen preto, že sa jedná o „učenie“, ale aj preto, že keď sa zmenila vzorec pomoci, osoba, ktorá ho používala, sa tiež učila.
„Myslíme si, že to núti ľudí, aby preskúmali rôzne spôsoby koordinácie chôdze, aby lepšie komunikovali so zariadením,“ uviedol Jackson. Pomáha to osobe usmerňovať, ako zariadenie používať a čo z neho má najväčší úžitok. „Je to obojsmerná ulica,“ povedala.
Iní členovia tímu plánujú otestovať, ako by sa mohol algoritmus zväčšiť, aby sa vytvoril exoskelet so šiestimi kĺbmi určený na nosenie v celej dolnej polovici tela.
