Eksperimentos ar 11 darbspējīgiem cilvēkiem tā saucamais cilvēka cilpā esošais algoritms eksoskeleta optimizēšanai prasīja apmēram stundu, un pēc tam vidēji par 24 procentiem samazināja enerģijas daudzumu, kas nepieciešams gājienam, sacīja cilvēki. pētnieku grupas loceklis Račels Džeksons, pēcdoktorantūras pētnieks Kārnegi Melona Universitātes (CMU) Mašīnbūves katedrā.
"Samazinājuma lielums bija diezgan pārsteidzošs," Džeksons stāstīja Live Science.
Džeksone un viņas kolēģi, ko vadīja CMU mehāniskās inženierzinātnes asociētais profesors Stīvens Kolinss, un Juanjuan Zhang, agrāk no CMU un tagad profesors Nankai universitātē Ķīnā, šodien (22. jūnijā) tiešsaistē publicēja savu pētījumu rezultātus Zinātne.
Vieglāka slodze noteikti ir pievilcīga, taču personalizēts eksoskelets arī varētu palielināt attālumu, kurā spēj staigāt spējīgs cilvēks, un tas varētu pat palīdzēt indivīdiem ātrāk skriet, sacīja Džeksons.
Cilvēki ar fiziskiem traucējumiem, piemēram, tie, kuri ir cietuši no insulta, neiroloģiskiem ievainojumiem vai amputācijas, arī var gūt labumu, sacīja Džeksons. Personalizēts eksoskelets varētu padarīt staigāšanu tikpat vieglu vai vieglāku, nekā tas bija pirms amputācijas vai traumas, viņa sacīja.
Iepriekš lielākais vidējais enerģijas samazinājums, ko panāca citas pētnieku grupas, bija 14,5 procenti, izmantojot manuāli pielāgotus potīšu eksoskeletus, kas nēsāti uz abām kājām, un 22,8 procenti, izmantojot eksosīti, kas darbojās uz abiem gurniem un abām potītēm, izmantojot iepriekš ieprogrammētus iestatījumus.
Bet CMU cilvēka ievietotajā cilpā algoritms darbojās labāk, un tas nepaļāvās uz iepriekšēju programmēšanu.
"Šis algoritms bija tik labs, ka tas spēja atklāt palīdzības stratēģiju enerģijas izmaksu samazināšanai tikai ar vienu ierīci," sacīja Džeksons. "Tas bija diezgan forši."
Exoskeletonu izaicinājums ir tāds, ka, lai arī tie ir domāti cilvēka palīdzībai, tie var kavēt kustību, sacīja Džeksons. Iesācējiem katra ierīce tiek piegādāta ar savu svaru, sākot no dažām uncēm līdz pāris mārciņām, un lietotājam šis svars ir jāpārnēsā. Exoskeletons ir izveidots arī, lai pieliktu spēku noteiktām ķermeņa daļām, taču, ja spēka noteikšana ir izslēgta, cilvēkam var nākties izmantot vairāk enerģijas, lai kustētos, sacīja Džeksons. Un tas ir neproduktīvi.
Nesen veiktā pētījuma optimizācijas posmā katrs dalībnieks nēsāja potītes eksoskeletu, kā arī masku, kas paredzēta skābekļa un oglekļa dioksīda (CO2) līmeņa noteikšanai. Šie pasākumi attiecas uz to, cik daudz enerģijas cilvēks tērē. Katram cilvēkam vienmērīgā tempā ejot pa skrejceliņu, eksoskelets potītēm un kāju pirkstiem piemēroja dažādu palīdzības veidu kopumu.
Šie modeļi bija spēka pielietošanas un spēka daudzuma apvienojums. Piemēram, spēkus var pielietot jau stājas sākumā (kad papēdis pirmo reizi atsitās pret zemi), nostājas vidū (kad pēda ir plakana) vai stāvējuma vēlu (kad pēda ir pierullējusies līdz pirkstam). Šajās pozīciju variācijās varēja pielietot lielāku vai mazāku spēka daudzumu.
Algoritms pārbaudīja dalībnieku atbildes uz 32 dažādiem modeļiem, kas mainījās ik pēc 2 minūtēm. Pēc tam tika izmērīts, vai šī shēma personai atvieglo vai apgrūtina staigāšanu.
Līdz sesijas beigām, kas ilga nedaudz vairāk par stundu, algoritms izveidoja unikālu palīdzības modeli, kas optimizēts katram indivīdam.
"Runājot par modeļu vispārējo formu, bija liela mainība, kas runā par to, cik svarīgi ir pielāgot šīs stratēģijas katram cilvēkam, nevis piemērot to pašu visiem," sacīja Džeksons.
Viņa piebilda, ka ierīce, iespējams, darbojās labi ne tikai tāpēc, ka tā bija “mācīšanās”, bet arī tāpēc, ka, mainot palīdzības modeli, arī cilvēks, kas to izmanto, mācījās.
"Mēs domājam, ka tas liek cilvēkiem meklēt dažādus veidus, kā koordinēt savu gaitu, lai labāk mijiedarbotos ar ierīci," sacīja Džeksons. Tas palīdz personai norādīt, kā vislabāk lietot ierīci un gūt no tās vislielāko labumu. "Tā ir divvirzienu iela," viņa sacīja.
Citi komandas locekļi plāno pārbaudīt, kā algoritmu varētu palielināt, lai izveidotu eksoskeletonu ar sešām locītavām, kas paredzēts valkāšanai visā ķermeņa apakšējā daļā.
