Экзоскелет научили быстро подстраиваться под конкретного человека
Исследователи разработали экзоскелет и программное обеспечение для него, которое подстраивает движения устройства под конкретного человека. В отличие от аналогичных систем, новому экзоскелету требуется чуть более 20 минут на адаптацию к пользователю, после чего его энергетические затраты на ходьбу снижаются на 17 процентов, сообщается в журнале Science Robotics.
Многие экзоскелеты предназначены для повышения силы человека, к примеру, для поднятия очень тяжелых грузов. Часть инженеров разрабатывают экзоскелеты другого типа, которые не увеличивают характеристики человека, но облегчают выполнение регулярных движений, в том числе и ходьбы. Такие разработки уже существуют, но почти все из них имеют усредненную конструкцию, не оптимизированную для конкретных людей, а те, которые все же подстраиваются под пользователя, требуют долгой калибровки.
Инженеры под руководством Конора Уолша (Conor Walsh) из Гарвардского университета разработали более совершенный алгоритм для экзоскелета, который умеет быстро адаптироваться под конкретного пользователя. Сам экзоскелет состоит из трех основных частей: верхней, закрепляемой на талии, и двух нижних, закрепляемых на бедрах. Они соединены тросами, присоединенными к внешнему аппарату, который может тянуть трос и тем самым помогать движению бедра при ходьбе.
Для быстрого определения наилучшего режима работы экзоскелета исследователи выбрали метод байесовской оптимизации, позволяющий легко находить минимум для функции с небольшим набором данных. Процесс калибровки экзоскелета происходит следующим образом. Пользователь идет по беговой дорожке с надетым экзоскелетом и датчиком интенсивности дыхания. Во время каждого шага экзоскелет тянет бедро, руководствуясь двумя параметрами: временем пиковой силы и временем прекращения работы. Получая данные об энергетических затратах организма из интенсивности дыхания алгоритм после каждого шага немного изменяет параметры работы экзоскелета, рассчитывая таким образом снизить нагрузку.
Разработчики проверили эффективность экзоскелета и алгоритма, проведя тесты на восьми добровольцах. Испытания показали, что экзоскелет снижает энергозатраты организма при ходьбе в среднем на 17,4 процента. При этом алгоритму потребовалось в среднем 21,4 минуты на оптимизацию под конкретного участника.
В прошлом году другая группа американских инженеров создала адаптивный экзоскелет для облегчения ходьбы, закрепляемый на нижнюю часть ног. Он может уменьшать энергетические затраты при ходьбе на четверть, но для нахождения оптимального режима работы ему требуется часовая калибровка.
Григорий Копиев
Каждая из ног способна удерживать вес в 2,5 раза больше веса всего робота
Швейцарские инженеры разработали четвероного робота Magnecko с магнитными ступнями. Он способен ходить по стенам и потолку из ферромагнитных материалов, сообщает издание New Atlas. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Промышленные инженерные сооружения требуют регулярных инспекций технического состояния. Однако интересующие объекты зачастую располагаются в труднодостижимых для человека местах. В этом случае на помощь приходят роботы. На сегодняшний день существует множество решений для удаленного мониторинга, которые можно применять без непосредственного присутствия людей вблизи. Как правило для этих целей предполагается использовать ходячих или колесных роботов, в случае если объекты расположены вблизи поверхности, либо дроны — для работ на высоте. Они, например, запросто справляются с осмотром мостов, сотовых вышек и судов. Однако многие методы неразрушающего контроля, такие, например, как акустико-эмиссионный метод, требуют непосредственной близости инспектирующего устройства к объекту, а это не всегда достижимо в ограниченном пространстве или на лету. Инженеры из Швейцарской высшей технической школы Цюриха разработали ходячего робота Magnecko, который способен передвигаться по вертикальным и горизонтальным ферромагнитным поверхностям, надежно закрепляясь на них с помощью магнитов в ступнях. Внешне робот напоминает паука или краба. Каждая из четырех его ног имеет на конце небольшие магниты которые могут многократно намагничиваться и размагничиваться за доли секунды, при этом для поддержания намагниченного состояния электричество не требуется. В намагниченном состоянии каждая из ног способна удерживать вес в 2,5 раза превосходящий вес всего робота, поэтому Magnecko запросто может держаться на стене или потолке длительное время для изучения технического состояния инспектируемого объекта. Подпружиненные резиновые накладки на ногах помогают роботу поддерживать сцепление в процессе движения. Похожий принцип удержания на ферромагнитной поверхности применялся в роботе, разработанном корейскими инженерами, о котором мы рассказывали ранее. В текущей версии направлением движения Magnecko приходится управлять с помощью беспроводного пульта, однако переходы с горизонтальной на вертикальную поверхность и обратно робот выполняет самостоятельно. В будущем инженеры планируют добавить роботу больше автономности: он будет самостоятельно планировать маршрут и обходить препятствия. В случае если вертикальная поверхность не магнитная, то для взбирания по ней можно использовать когти. Такого робота создали австралийские инженеры, которые проанализировали движения двух видов ящериц и использовали полученные данные для настройки конфигурации ног и походки робота.