Группа исследователей разработала новый метод управления экзоскелетами нижних конечностей с помощью глубокого обучения с подкреплением. Метод, который был разработан в Журнал нейроинженерии и реабилитации Описанное в исследовании, опубликованном в журнале, позволяет обеспечить более надежное и естественное управление ходьбой для пользователей экзоскелетов нижних конечностей.
Хотя достижения в области носимой робототехники помогли вернуть мобильность людям с нарушениями нижних конечностей, существующие методы управления экзоскелетами ограничены в своей способности обеспечить пользователям естественные и интуитивно понятные движения. Это может повлиять на баланс и способствовать усталости и дискомфорту пользователя. Лишь немногие исследования были направлены на разработку надежных средств управления, которые могут оптимизировать работу пользователя с точки зрения безопасности и независимости.
Существующие экзоскелеты для реабилитации нижних конечностей используют различные технологии, помогающие пользователю удерживать равновесие, включая специальные костыли и датчики, говорит соавтор исследования Гайт Андровис (Ghaith Androwis), старший научный сотрудник Центра исследований мобильности и реабилитационной инженерии Фонда Кесслера и директор Лаборатории реабилитационной робототехники и исследований Центра. Те, у кого нет таких вспомогательных устройств, позволяют ходить более независимо, но ценой дополнительного веса и меньшей скорости ходьбы.
"Усовершенствованные системы управления необходимы для разработки экзоскелета нижних конечностей, обеспечивающего автономную, независимую ходьбу в различных условиях", - говорит доктор Андровис. Новый метод, разработанный исследовательской группой, использует глубокое обучение с подкреплением для улучшения контроля над экзоскелетом. Обучение с подкреплением - это форма искусственного интеллекта, которая позволяет машинам учиться на собственном опыте методом проб и ошибок.
"Используя модель опорно-двигательного аппарата в сочетании с экзоскелетом, мы смоделировали движения нижней конечности и обучили систему управления экзоскелетом естественным моделям ходьбы с помощью обучения с подкреплением", - объясняет автор работы Сянлян Чжоу (Xianlian Zhou), доцент и директор лаборатории биодинамики на факультете биомедицинской инженерии Технологического института Нью-Джерси (New Jersey Institute of Technology, NJIT). "Мы тестируем систему в реальных условиях с экзоскелетом для нижних конечностей, который разрабатывается нашей командой, и результаты показывают потенциал для улучшения стабильности походки и снижения усталости пользователя".
Команда обнаружила, что предложенная ими модель позволяет создать универсальный, надежный контроллер ходьбы, способный работать с различными уровнями взаимодействия человека и экзоскелета без необходимости настройки параметров. Новая система может принести пользу широкому кругу пользователей, включая людей с травмами спинного мозга, рассеянным склерозом, инсультом и другими неврологическими заболеваниями. Исследователи планируют продолжить тестирование системы с пользователями и доработать алгоритмы управления, чтобы повысить эффективность ходьбы.
"Мы очень рады тому, что эта новая система может улучшить качество жизни людей с нарушениями нижних конечностей", - говорит доктор Андровис. "Обеспечивая более естественные и интуитивные модели ходьбы, мы надеемся помочь пользователям экзоскелетов двигаться более легко и уверенно".
