这种机器人外骨骼可以帮助防止老年人跌倒

这个机器人外骨骼移动穿着者的腿,以在跌倒期间恢复平衡。

希拉里保护区/ EPFL
这种机器人外骨骼可以帮助防止老年人跌倒

“机器人外骨骼”这个词可能会让人联想到未来派的士兵和科幻电影,如“外星人” ,“ 钢铁侠 ”或“错误的长裤” 但是,尽管在 ,它可能会首先出现在不那么迷人的地方:养老院。 意大利和瑞士的研究人员开发了一种原型设备,可以检测正在进行的滑动并帮助佩戴者避免摔倒。 如果完善,像这样的系统有朝一日可以帮助数百万老年人和截肢者保持平衡,避免严重的翻滚。

随着人们年龄的增长,他们自然会变得更弱,更不敏捷。 增加疾病或受伤,每一步都会让人感到担忧。 它可能不仅仅是一种不便 。 一些研究人员正试图采取动力外骨骼 - 支撑腿的支撑,而不是等待不可避免的事情。 但是大括号通常是笨重而缓慢的,而且大多数人在每一步都不需要他们的帮助。 因此,研究人员开始着手解决这个问题,该设备只在需要时采取行动。

加州大学欧文分校的生物力学工程师David Reinkensmeyer表示:“这是第一次有人通过让机器人与人合作来合理地解决跌倒问题。”他没有参与这项研究。 “这是超级冷却。”

新的活动骨盆矫形器(APO)包括一个腰部支撑,在臀部固定电动机,可以移动连接到大腿支撑的轻质碳纤维链。 它使用一种监测腿部运动的算法; 如果腿以一种暗示滑动的方式偏离自然步态,则马达施加力以帮助腿抵消滑动。

为了了解它如何在人们身上发挥作用,它在意大利比萨的Sant'Anna高级研究学院和洛桑的瑞士联邦理工学院的开发人员配备了八名老年人和两名膝盖以上的截肢者(他们穿着假肢)与设备。 设备测试人员在自定义跑步机上分成两部分。 偶尔,右半部分或左半部分向前摇晃,模拟一只脚滑到冰上或松散的地毯上。 有时候APO开启了,有时它已经关闭了,有时候研究参与者根本没有佩戴APO。 动作捕捉相机记录了他们的肢体位置,创建了用于分析的棒图动画。

在滑动开始后,APO在三分之一秒内做出反应,将一个人的步态纠正了四分之一秒。 简笔图分析显示,如果没有额外的束缚带的帮助来防止真正的摔倒 - ,作者今天在科学报告中透露。 更重要的是,在正常行走期间,重约5公斤的APO对步态没有影响。 “这是尝试一种独特的外骨骼控制方法的一个很好的例子,它具有真正的结果,”密歇根大学安娜堡分校的生物医学工程师Daniel Ferris说,他没有参与这项研究。 “我为此感到非常兴奋。”

该设备不需要太多定制。 在用户绑定后,他们按重量编程并采取三个步骤。 该装置仅需几分钟即可形成正常步行运动的内部模型。 该装置不能完全取代使用者的反应,而只是将其腿部力量放大20%或30%。 “这是一个机器人在紧急情况下与人协同作用的一个很好的例子,”Reinkensmeyer说。

Ferris解释了为什么以前没有人这样做过:没有用于测试控制系统的通用硬件,因此每个实验室都必须自己构建。 您需要电子,机械工程,控制算法和生物力学方面的专家。 此外,他说,研究人员之前一直专注于帮助用户稳步行走的“低悬的果实”,而不用担心跌倒的恢复。

Ferris认为设备将在10年内为市场做好准备; Reinkensmeyer只有一两个。 作为实现这一目标的必要发展的一部分,研究作者之一Silvestro Micera希望使APO不那么笨重,并从控制它的外部计算机中解脱出来。 他说,未来的迭代还将包括算法和电机,以帮助解决不同类型的跌落,例如侧面绊脚石。 如果一切顺利,你的祖父可能会在你做之前成为钢铁侠。

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