Исследователи из Georgia Institute of Technology и Emory University обнаружили, что носимые голеностопные экзоскелеты помогают испытуемым удержать равновесие только в том случае, если они срабатывают раньше, чем мышцы.
Когда люди поскальзываются или спотыкаются, их реакции на удержание равновесия медленнее, чем у некоторых роботов. Требуется время, чтобы послать сигналы в нервную систему, а затем "включить" мышцы. Роботы могут действовать гораздо быстрее, используя для передачи сигналов провода, а не нервы.
Но роботы все еще плохо балансируют, потому что они пока не могут имитировать реакцию человека, когда его равновесие нарушено. В своем исследовании группа ученых попытались ответить на вопрос, могут ли носимые роботы, подобные экзоскелетам или протезам нижних конечностей, улучшить равновесие человека.
Исследователи использовали моторизованный пол, чтобы буквально "выдернуть ковер" из-под ног здоровых молодых участников, пытаясь повалив их вперед. Участников попросили сохранять равновесие, держа ноги на месте, но иногда рывок было настолько сильным, что им приходилось делать шаг вперед, чтобы не упасть. Затем они запрограммировали экзоскелет так, чтобы он оказывали помощь участникам либо с той же задержкой, что и их естественная реакция, либо быстрее, чем это возможно для человека, и сравнили это с отсутствием помощи вообще.
Исследователи с удивлением обнаружили, что режим, повторяющий реакцию человека, помог пользователям быстрее восстановить равновесие не делая шаг для удержания равновесия. В то же время они записывали физиологические реакции участников эксперимента, чтобы понять, имитирует ли устройство их базовые реакции на равновесие или потенциально мешает им. Используя ультразвук, ученые увидели как растягиваются икроножные мышцы.
Более быстрая, чем у человека, реакция экзоскелета фактически устранила сигналы растяжения икроножных мышц, но управляющие сигналы к этим же мышцам в ответ на действия нервной системы в целом сохранились. Этот вывод подчеркивает, что нервная система - это не просто набор простых рефлексов, реагирующих на локальное растяжение мышц, а сбор информации со всего тела для сохранения вертикального положения тела как в положении стоя, так и при ходьбе.
Исследование является доказательством того, что экзоскелеты могут улучшить равновесие в контролируемых лабораторных условиях для молодых людей без проблем со здоровьем. Еще многое предстоит сделать для того, чтобы носимые роботы могли помочь в поддержании равновесия в повседневной жизни пожилых людей, людей с инсультом или травмой спинного мозга. В будущем необходимо будет изучить возможность использования экзоскелетов для других суставов нижних конечностей, таких как коленный и тазобедренный, чтобы разработать ИИ, способный предвидеть риск падения.
Работа была опубликована в Science Robotics.
Комментарии
(0) Добавить комментарий