Американские ученые создали способ улучшить экзокостюмы так, чтобы они адаптировались к индивидуальным особенностям человека и к окружающей среде при ходьбе. Статья, написанная исследователями из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук им. Джона А. Полсона, опубликована в журнале Science Robotics.
Люди — не роботы, и мы не можем всегда ходить с одинаковой скоростью и одинаковым наклоном корпуса. Если мы устали, мы можем идти медленнее и, например, слегка сгорбиться. Окружающая среда тоже влияет: человек будет по-разному подниматься по склону или по лестнице. На походку влияет ряд других факторов: пол человека, его рост, возраст, мышечная сила, наличие различных нервных или мышечных расстройств. Из-за всего этого очень трудно разработать такие экзокостюмы, которые могли бы в реальном времени адаптироваться под определенного человека. В настоящее время, чтобы настроить экзокостюм в соответствии с индивидуальными параметрами человека, требуется несколько часов ручной или автоматизированной работы. Для молодых и здоровых людей это уже трудная задача, и понятно, что для более взрослых пациентов она может быть вовсе непосильной.
Американские ученые разработали новый подход к созданию экзокостюмов, при которых калибровка происходит всего за несколько секунд. В созданной ими системе с помощью ультразвука исследуется динамика мышц. К голеням добровольцев, участвовавших в исследовании, ученые прикрепляли портативную ультразвуковую систему и просили их немного походить, благодаря чему получали сведения об их мышцах. Этот подход оказался более эффективным, чем те, что применялись ранее: в них изучали динамику движения конечностей в целом, а не только мышц. На основе полученных данных ученые рассчитали, какую вспомогательную силу нужно приложить параллельно мышцам голеней, чтобы человеку было легче отталкиваться от земли.
Для каждого из полученных ультразвуковых профилей ученые определяли, сколько энергии человек расходовал при ношении экзокостюма и без него. Выяснилось, что экзокостюм значительно сокращал потребление энергии в большом диапазоне скоростей ходьбы. Кроме того, в новой системе требовалось прикладывать меньшую вспомогательную силу, чем в аналогах.
«Рассматривая именно мышцы, мы можем использовать более интуитивный подход при работе с носителем экзокостюма, — сообщил Ли Санцзюн, один из соавторов исследования. — Такой костюм при использовании не пересиливает носителя, а работает с его телом сообща».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
