В експерименти с 11 хора с телесна маса, на т. Нар. Алгоритъм на човешкия цикъл отне около час, за да се оптимизира екзоскелетът и след това, намали средно количеството енергия, необходимо на участниците да ходят с 24 процента, каза член на изследователския екип Рейчъл Джексън, докторантура в катедрата по машинно инженерство в университета Карнеги Мелън (CMU).
"Размерът на намалението беше доста поразителен", каза Джексън пред Live Science.
Джаксън и нейните колеги, ръководени от Стивън Колинс, доцент по механичен инженеринг CMU, и Джунджуан Джан, бивш от CMU, а сега професор в Университета Нанкай в Китай, публикуваха резултатите от своите изследвания онлайн днес (22 юни) в списанието Science.
По-лекото натоварване със сигурност е привлекателно, но персонализиран екзоскелет също може да увеличи разстоянието, което може да проходи човек с физически възможности, и дори би могъл да помогне на хората да бягат по-бързо, заяви Джексън.
Хората с физически увреждания, като тези, които са претърпели инсулт, неврологично нараняване или ампутация, също могат да реализират ползи, каза Джексън. Персонализираният екзоскелет може да направи ходенето толкова лесно или по-лесно, отколкото преди ампутация или нараняване, каза тя.
Преди това най-големите средни намаления на енергия, постигнати от други изследователски екипи, бяха 14,5 процента, използвайки ръчно коригирани екзоскелети на глезена, носени на двата крака, и 22,8 процента, използвайки екзоту, който действаше и на двата бедра, и на двете глезени, използвайки предварително програмирани настройки.
Но алгоритъмът на човешкия цикъл на CMU се представи по-добре и не разчиташе на предварително програмиране.
„Този алгоритъм беше толкова добър, че успя да открие стратегия за помощ за намаляване на енергийните разходи само с едно устройство“, казва Джаксън. "Това беше доста яко."
Предизвикателството с екзоскелетите е, че въпреки че са предназначени да помогнат на човек, те могат да възпрепятстват движението, каза Джексън. Като за начало всяко устройство идва със собствено тегло, вариращо от няколко унции до няколко килограма и потребителят трябва да носи това тегло. Екзоскелетите също са проектирани да прилагат сила върху определени части на тялото, но ако времето на силата е изключено, човекът може да се наложи да използва повече енергия за движение, каза Джексън. И това е контрапродуктивно.
По време на фазата на оптимизация на скорошното проучване, всеки участник носеше екзоскелет на глезена, както и маска, предназначена за измерване на нивата на кислород и въглероден диоксид (CO2). Тези мерки са свързани с това колко енергия изразходва човекът. Докато всеки човек вървеше по бягаща пътека с равномерно темпо, екзоскелетът прилагаше набор от различни модели на помощ към глезените и пръстите на краката.
Тези модели са комбинация от това кога се прилага силата и размера на силата. Например, силите могат да бъдат приложени рано в стойка (когато петата за пръв път удари земята), в средата на стойката (когато стъпалото е плоско) или късно в позиция (когато стъпалото се е превъртяло до върха на крака). По време на тези вариации в позициите може да се приложи по-голямо или по-малко количество сила.
Алгоритъмът тества отговорите на участниците на 32 различни модела, които се променят на всеки 2 минути. След това се измерва дали моделът улеснява или затруднява ходенето на човека.
В края на сесията, която продължи малко повече от час, алгоритъмът създаде уникален модел на помощ, оптимизиран за всеки индивид.
"По отношение на общата форма на моделите имаше голяма променливост, което говори за важността на адаптирането на тези стратегии към всеки човек, а не прилагането на същото това към всички", каза Джексън.
Тя добави, че устройството може да е работило добре не само защото е "учене", но и защото променя модела на помощ, човекът, който го използва, също се учи.
"Смятаме, че това принуждава хората да изследват различни начини за координиране на походката си, за да си взаимодействат по-добре с устройството", каза Джексън. Това помага да се насочи човекът как най-добре да използва устройството и да извлече най-голяма полза от него. "Това е двупосочна улица", каза тя.
Други членове на екипа планират да тестват как алгоритъма може да бъде мащабиран, за да създадат екзоскелет с шест стави, проектиран да се носи на цялата долна половина на тялото.
