Zespół naukowców opracował nową metodę sterowania egzoszkieletami kończyn dolnych z wykorzystaniem głębokiego uczenia ze wzmocnieniem. Metoda, która została opracowana w Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation (Dziennik Neuroinżynierii i Rehabilitacji) opisany w badaniu opublikowanym w czasopiśmie, umożliwia bardziej solidną i naturalną kontrolę chodzenia dla użytkowników egzoszkieletów kończyn dolnych.
Podczas gdy postępy w robotyce do noszenia pomogły przywrócić mobilność osobom z upośledzeniem kończyn dolnych, obecne metody sterowania egzoszkieletami mają ograniczoną zdolność do zapewniania użytkownikom naturalnych i intuicyjnych ruchów. Może to wpływać na równowagę i przyczyniać się do zmęczenia i dyskomfortu użytkownika. Niewiele badań koncentrowało się na opracowaniu solidnych elementów sterujących, które mogą zoptymalizować doświadczenie użytkownika pod względem bezpieczeństwa i niezależności.
Istniejące egzoszkielety do rehabilitacji kończyn dolnych wykorzystują różne technologie, aby pomóc użytkownikowi utrzymać równowagę, w tym specjalne kule i czujniki, według współautora Ghaitha Androwisa, starszego naukowca w Centrum Mobilności i Badań Inżynierii Rehabilitacyjnej Fundacji Kesslera oraz dyrektora Laboratorium Rehabilitacji i Badań nad Robotyką. Te bez takich urządzeń wspomagających pozwalają na bardziej niezależne chodzenie, ale kosztem dodatkowej wagi i mniejszej prędkości chodzenia.
"Zaawansowane systemy sterowania są niezbędne do opracowania egzoszkieletu kończyny dolnej, który umożliwia autonomiczne, niezależne chodzenie w różnych warunkach" - powiedział dr Androwis. Nowatorska metoda opracowana przez zespół badawczy wykorzystuje głębokie uczenie ze wzmocnieniem w celu poprawy kontroli egzoszkieletu. Uczenie ze wzmocnieniem to forma sztucznej inteligencji, która umożliwia maszynom uczenie się na podstawie własnego doświadczenia poprzez próby i błędy.
"Korzystając z modelu mięśniowo-szkieletowego połączonego z egzoszkieletem, zasymulowaliśmy ruchy kończyny dolnej i wytrenowaliśmy system sterowania egzoszkieletem, aby uzyskać naturalne wzorce chodzenia za pomocą uczenia się ze wzmocnieniem" - wyjaśnia autor korespondencyjny Xianlian Zhou, profesor nadzwyczajny i dyrektor Laboratorium BioDynamiki na Wydziale Inżynierii Biomedycznej w New Jersey Institute of Technology (NJIT). "Testujemy system w rzeczywistych warunkach z egzoszkieletem kończyny dolnej opracowywanym przez nasz zespół, a wyniki pokazują potencjał poprawy stabilności chodu i zmniejszenia zmęczenia użytkownika".
Zespół odkrył, że zaproponowany przez nich model tworzy uniwersalny, solidny kontroler chodu zdolny do obsługi różnych poziomów interakcji człowiek-egzoszkielet bez konieczności dostrajania parametrów. Nowy system może przynieść korzyści szerokiemu gronu użytkowników, w tym osobom z urazami rdzenia kręgowego, stwardnieniem rozsianym, udarem i innymi schorzeniami neurologicznymi. Naukowcy planują dalsze testowanie systemu z użytkownikami i dalsze udoskonalanie algorytmów sterowania w celu poprawy wydajności chodzenia.
"Jesteśmy podekscytowani potencjałem tego nowego systemu w zakresie poprawy jakości życia osób z upośledzeniem kończyn dolnych" - powiedział dr Androwis. "Umożliwiając bardziej naturalne i intuicyjne wzorce chodzenia, mamy nadzieję pomóc użytkownikom egzoszkieletu poruszać się łatwiej i pewniej".
