Команда инженеров из Стэнфордского университета создала уникальную пару ботинок, которые помогут вам ходить быстрее, затрачивая меньше энергии и усилий. Эти специальные ботинки-экзоскелеты состоят из рамы из углеродного волокна, мотора и пары обуви. Ботинки могут помочь в движении ног людям, перенесшим травмы ног или имеющих проблемы с подвижностью.
Двигатель наматывает трос, который сгибает стопу, оказывая помощь , когда человек отталкивается от земли во время ходьбы. Существует несколько вспомогательных устройств с похожей конструкцией , но что отличает это устройство, так это максимальная помощь, которую оно предлагает.
Кроме того, ботинки также способны оказывать индивидуальную помощь каждому пользователю. Патрик Слэйд, первый автор исследования и постдокторант в Стэнфорде, рассказал IE : «Одним из прорывов в нашей работе стала разработка модели машинного обучения, которая использовала данные переносных датчиков экзоскелета, чтобы определить, какая модель помощи была наилучшей при использовании нашего устройство.»
«Это невероятно важно, потому что все ходят по-разному и требуют разных моделей помощи, чтобы получить максимальную пользу».
Ботинки-экзоскелеты помогут вам лучше ходить
Исследователи предполагают, что до сих пор использование большинства экзоскелетных устройств ограничивалось лабораторными установками, и ни одно из них не продемонстрировало реальных преимуществ снижения энергии, необходимой для ходьбы, или увеличения скорости ходьбы. Это потому, что наши высокоразвитые и специализированные мышцы, сухожилия и скелет уже обеспечивают нам очень эффективное движение. Так что на самом деле помочь людям ходить очень сложно .
Тем не менее, недавно разработанный экзоскелет голеностопного сустава смог продемонстрировать улучшенную способность человека ходить в реальных условиях. Конструкция достаточно мощная, чтобы выполнять от 50% до 75% усилия, которое человеческий теленок обычно прилагает во время ходьбы. Кроме того, инженеры также оснастили устройство портативными датчиками для персонализированной помощи, чтобы найти наилучший шаблон помощи для каждого человека.
Датчики отслеживают такие факторы, как угол лодыжки, скорость лодыжки и вспомогательный крутящий момент экзоскелета во время ходьбы пользователя. Затем с помощью машинного обучения модель обрабатывает эти данные, чтобы лучше понять шаблон, который лучше всего соответствует стилю ходьбы пользователя , и, наконец, соответствующим образом корректирует настройки устройства.
Таким образом, ботильоны на батарейках позволяют человеку использовать меньше мышечных усилий, что приводит к экономии энергии и увеличению скорости ходьбы. Во время испытаний на открытом воздухе, когда участники шли с разной скоростью, начиная и заканчивая ходьбу, ботинки давали преимущества, эквивалентные снятию рюкзака весом 13,8 кг.
Более того, она увеличила скорость ходьбы пользователей на 9% по сравнению с обычной обувью. «Наше устройство было разработано в результате тщательных лабораторных испытаний и может обеспечить примерно в три раза большую помощь (крутящий момент в лодыжке) по сравнению с предыдущими устройствами, что необходимо для обеспечения наибольшего преимущества для пользователя с точки зрения снижения энергии во время ходьбы и увеличения скорости ходьбы. — сказал Слейд.
Ограничения и потенциал экзоскелета голеностопного сустава
По словам Слэйда и его команды, модель ботинок, управляемая данными, может улучшить взаимодействие человека и робота в решении широкого круга задач (работа на фабрике, уход за больными, хирургия и т. д.), и, следовательно, устройство может оптимизировать роботизированные реакции на движения человека. Еще одно очевидное применение заключается в том, что устройство может сделать людей с временными или постоянными нарушениями подвижности более независимыми.
Вспомогательное устройство может даже превратить ходьбу в менее требовательную физическую активность для пожилых людей. Однако результаты текущего исследования основаны на тестах, проведенных на здоровых субъектах. Это означает, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить преимущества , которые экзоскелет может предоставить людям.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com