Grupa naukowców z Georgia Institute of Technology i Emory University odkryła, że konwencjonalne egzoszkielety kostne czasami nie mają żadnego wpływu na utrzymanie równowagi podczas stania. Według badaczy, roboty wspomagające ruch reagują zbyt późno. Zamiast tego muszą interweniować, zanim osoba zareaguje, aby przywrócić równowagę po zakłóceniu.

W badaniu "Egzoszkielety muszą reagować szybciej niż reakcje fizjologiczne, aby poprawić równowagę w pozycji stojącej", opublikowanym w Science Robotics, zespół badawczy zbadał, w jakim stopniu egzoszkielety kostki mają jakikolwiek wpływ na pomoc osobom starszym i niepełnosprawnym fizycznie w poprawie równowagi, aby nie upadły.

Badanie dostępnej na rynku pary butów z egzoszkieletem kostki firmy Dephy, która została wykorzystana jako przedstawiciel obecnej technologii, było otrzeźwiające. Wynika to z faktu, że fizjologicznie opóźniona aktywacja wsparcia egzoszkieletu nie pomogła osobie odzyskać równowagi podczas stania po awarii.

Zespół przetestował to na różnych badanych. Musieli oni stanąć na ruchomej platformie z przypiętymi butami egzoszkieletu, która była gwałtownie przesuwana, aby zakłócić równowagę uczestników podczas stania. Naukowcy przetestowali to w trzech różnych warunkach: bez żadnego wsparcia ze strony egzoszkieletu, z opóźnionym wsparciem ze strony egzoszkieletu w odpowiedzi na naturalną reakcję organizmu oraz ze wsparciem, które zadziałało szybciej niż fizyczna reakcja organizmu.

Film pokazuje, w jaki sposób buty z egzoszkieletem niwelują skutki zaburzeń równowagi.

Takie egzoszkielety są zazwyczaj kontrolowane przez sygnały fizjologiczne od użytkownika - takie jak aktywność mięśni lub mózgu. Na przykład mierzona jest aktywność mięśni wokół kostki. Egzoszkielet jest następnie aktywowany, gdy mięsień jest napięty. System sterowania "kradnie" ludzką reakcję i po prostu ją nakłada.

Potrzebna szybsza reakcja

Jak odkrył zespół naukowców, to nie wystarczy, jeśli równowaga zostanie zakłócona podczas stania. Egzoszkielet jest aktywowany zbyt późno przez reakcje własnego ciała. Poprzednie podejścia do tego typu kontroli egzoszkieletu nie są odpowiednie do utrzymania równowagi podczas stania. Według naukowców, organizm potrzebuje około 150 milisekund, aby zareagować na utratę równowagi. Egzoszkielet musi zareagować w tym czasie, aby móc podjąć środki zaradcze.

Naukowcy zrealizowali to za pomocą elektronicznych akcelerometrów, takich jak te używane w smartfonach. Wykorzystali je do określenia zakłóceń, dzięki czemu byli w stanie wywołać szybszą reakcję butów egzoszkieletu. Jednak i tutaj pojawiły się problemy, ponieważ sztuczne szybkie wsparcie nakładało się na początkowy ruch kostki, a także zakłócało go. Przy dodatkowej aktywnej kontroli poprzez mięśnie, destabilizacja była jeszcze większa. Jednak samo szybsze wsparcie przyniosło poprawę: 9 procent poważnych zakłóceń można było skompensować bez konieczności wykonywania wykroku przez badanych.

Na podstawie uzyskanych wyników zespół jest pewien, że połączenie czujnika globalnego i czujnika kostki nie działa ze względu na opóźnienie między nimi. W ten sposób naukowcy potwierdzają teorie z lat 70-tych, że globalne sygnały fizjologiczne lepiej nadają się do przewidywania zachowania równowagi niż lokalne sygnały z kostki lub nogi. Niemniej jednak, jak pokazują wyniki, samo to nie wystarczy. Zespół zakłada, że podejście oparte na uczeniu maszynowym może pomóc w rozpoznawaniu i reagowaniu na zaburzenia na wczesnym etapie.

Źródło: Utrzymanie równowagi: Egzoszkielety muszą reagować szybciej niż ludzie | heise online