Kokeissa 11 työkykyisen ihmisen kanssa niin kutsuttu ns. Silmukka -algoritmi kesti noin tunnin optimoidakseen eksoskeleton, ja sen jälkeen se vähensi kävelemään tarvittavan energian määrää keskimäärin 24 prosentilla, sanoi. tutkimusryhmän jäsen Rachel Jackson, tutkijatohtori Carnegie Mellon Universityn (CMU) konetekniikan laitoksella.
"Alennuksen koko oli aika hämmästyttävä", Jackson kertoi Live Science: lle.
Jackson ja hänen kollegansa, joita johtivat CMU: n konepajateollisuuden apulaisprofessori Steven Collins, ja entinen CMU: n ja nyt Kiinan Nankai-yliopiston professori Juanjuan Zhang, julkaisivat tutkimuksensa tulokset verkossa tänään (22. kesäkuuta) lehdessä Science.
Kevyempi kuorma on varmasti houkutteleva, mutta henkilökohtainen exoskeleton voi myös lisätä etäisyyttä, jonka työkykyinen ihminen voi kävellä, ja se voisi jopa auttaa ihmisiä juoksemaan nopeammin, Jackson sanoi.
Fyysisesti vammaiset ihmiset, kuten aivohalvauksen, neurologisen vamman tai amputaation kärsineet, saattavat myös ymmärtää etuja, Jackson sanoi. Henkilökohtainen eksoskeletti voi tehdä kävelystä niin helpoksi tai helpommaksi kuin se oli ennen amputaatiota tai vammaa, hän sanoi.
Aiemmin muiden tutkimusryhmien saavuttamat keskimääräiset energianvähennykset olivat 14,5 prosenttia käyttämällä molemmilla jaloilla kuluneita käsin säädettyjä nilkan eksoskeletiä ja 22,8 prosenttia käyttämällä exosuit-yksikköä, joka toimi molemmilla lantioilla ja molemmilla nilkoilla käyttämällä esiohjelmoituja asetuksia.
Mutta CMU-in-the-loop-algoritmi suoriutui paremmin, eikä se luottanut esiohjelmointiin.
"Tämä algoritmi oli niin hyvä, että se pystyi löytämään apustrategian energiakustannusten vähentämiseksi yhdellä laitteella", Jackson sanoi. "Se oli aika siistiä."
Haaste eksoskeletonien kanssa on, että vaikka niiden tarkoituksena on auttaa ihmistä, ne voivat estää liikettä, Jackson sanoi. Ensinnäkin jokaisella laitteella on oma paino, joka vaihtelee muutamasta unssista pariin kiloon, ja käyttäjän on kannettava tämä paino. Exoskeletonit on myös suunniteltu kohdistamaan voimaa tiettyihin kehon osiin, mutta jos voiman ajoitus ei ole käytössä, henkilön on ehkä käytettävä enemmän energiaa liikkuakseen, Jackson sanoi. Ja se on haitallista.
Äskettäisen tutkimuksen optimointivaiheen aikana jokainen osallistuja käytti nilkan eksoskeletiä ja naamaria, joka oli suunniteltu mittaamaan happea ja hiilidioksidia (CO2). Nämä toimenpiteet liittyvät siihen, kuinka paljon energiaa henkilö kuluttaa. Kun jokainen henkilö käveli juoksumatolla tasaisessa tahdissa, eksoskeletto sovelsi sarjaa erilaisia avustusmalleja nilkoihin ja varpaisiin.
Nämä kuviot olivat yhdistelmä voiman kohdistamisen ja voiman määrän välillä. Voimia voitaisiin esimerkiksi käyttää varhaisessa asennossa (kun kantapää osuu ensin maahan), asennon keskellä (kun jalka on litteä) tai myöhässä asennossa (kun jalka on rullanut ylös varpaan). Näiden sijaintimuutosten aikana voitiin käyttää suurempaa tai pienempää voimaa.
Algoritmi testaa osallistujien vastaukset 32 eri malliin, jotka muuttuivat joka 2. minuutti. Sitten mitattiin, onko kuvio helpottanut vai vaikeuttanut ihmisen kävelyä.
Hieman yli tunnin kestäneen istunnon loppuun mennessä algoritmi tuotti ainutlaatuisen avustuskuvion, joka on optimoitu jokaiselle yksilölle.
"Kuvioiden yleisen muodon suhteen oli suurta vaihtelua, mikä puhuu näiden strategioiden mukauttamisen tärkeydestä jokaiselle henkilölle sen sijaan, että sovellettaisiin samaa asiaa kaikkiin", Jackson sanoi.
Hän lisäsi, että laite on saattanut toimia hyvin ei vain siksi, että se oli "oppimista", vaan myös siksi, että kun se muutti avustuskuvaa, myös sitä käyttävä henkilö oppi.
"Uskomme, että se pakottaa ihmiset etsimään erilaisia tapoja koordinoida kävelykykyään parempaan vuorovaikutukseen laitteen kanssa", Jackson sanoi. Tämä auttaa henkilöä opastamaan laitetta parhaiten ja saamaan siitä suurimman hyödyn. "Se on kaksisuuntainen katu", hän sanoi.
Muut ryhmän jäsenet suunnittelevat testaamista, kuinka algoritmia voidaan skaalata, jotta saadaan kuusi niveltä sisältävä eksoskeletti, joka on tarkoitettu käytettäväksi koko vartalon alaosassa.
