Экзоскелет научили адаптироваться под движения человека

Исследователи из Университета Карнеги — Меллона разработали экзоскелет для ног, который измеряет интенсивность дыхания своего человека и за час адаптируется под стиль ходьбы своего носителя. Инженеры утверждают, что их экзоскелет снижает энергозатраты организма больше, чем любые другие известные на данный момент разработки. Исследование опубликовано в журнале Science.

Экзоскелеты позволяют людям поднимать гораздо более тяжелые предметы, чем обычно, а некоторые разработки возвращают возможность ходить парализованным людям, или людям, проходящим реабилитацию после серьезных травм. Но обычно, экзоскелеты сконструированы таким образом, что, хотя они и дают прибавку в силе, для каждого шага в них требуется больше усилий, чем без них. Из-за этого некоторыми экзоскелетами тяжело и неудобно пользоваться.

Американские ученые решили исправить этот недостаток. Для этого они разработали экзоскелет, надевающийся на ногу, который не просто облегчает ходьбу, но и делает это по-разному для каждого человека.

Для того, чтобы экзоскелет адаптировался под походку конкретного человека, пользователю необходимо некоторое время провести на испытательном стенде. Стенд представлял собой беговую дорожку, отдельно стоящий компьютер и мотор, управляющий через трос углом наклона лодыжки. Помимо самого экзоскелета, к компьютеру был подключен аппарат, измеряющий интенсивность дыхания человека. Также исследователи разработали специальный алгоритм, который периодически менял режим работы устройства во время каждого шага.

В испытаниях экзоскелета участвовало 11 человек. Они надевали его на одну ногу и ходили в разных темпах по беговой дорожке с закрепленной маской-измерителем интенсивности дыхания. Устройство периодически меняло некоторые параметры работы во время шага, параллельно измеряя изменения в интенсивности дыхания, а, следовательно, энергозатратах организма. Таким образом в среднем через час устройство находило оптимальный режим работы для каждого их участников эксперимента.

Также был проведен эксперимент на одном испытуемом, при котором на обе ноги были надеты устройства. В таком случае при нормальном темпе ходьбы снижение энергозатрат составляло в среднем 25 процентов по сравнению с энергозатратами без экзоскелета. Исследователи надеются, что их разработка позволит в будущем создать устройства, оптимизированные для каждого конкретного человека. Стоит отметить, что авторы указывают точные данные по снижению энергозатрат в случае с экзоскелетом на одной ноге только в сравнении с выключенным устройством, а не без него.

В мае 2017 года швейцарские исследователи разработали экзоскелет, который не работает в обычном состоянии, но постоянно отслеживает движения человека и предотвращает его падение, если тот оступился.

Григорий Копиев