Новый, локальный подход к системе управления при протезировании

Четвероногий робот, подвешенный в нескольких сантиметрах над беговой дорожкой в технологическом здании Государственного Университета Сан-Диего (SDSU), выглядит немного похожим на среднего размера собаку, но без головы. Его длинные механические ноги представляются готовыми к действию.

Официальное название роботизированного существа SQ1, но инженер Акбари Каве Хамед дал ему дружелюбное прозвище Диего. Ведь однажды он может помочь людям с протезом ноги ходить более естественно.

Последние 10 лет он работал над автономными роботами, но недавно занялся роботизированным протезированием. В SDSU Хамед использует SQ1 и других роботов, чтобы создавать и тестировать локальные алгоритмы управления, которые позволяют роботам ходить естественно и эффективно. Если большинство подходов для управления ногами роботов полагается на централизованную компьютерную систему, которая отслеживает и контролирует все конечности, Хамед работает над децентрализованной системой. В идеале, каждая нога будет чувствовать собственное давление и угол, чтобы соответствующим образом реагировать для поддержания сбалансированной походки.

Подобный принцип действия используют животные, говорит Хамед. Исследования показали, что животные при перемещении используют децентрализованное управление. Каждая нога робота контролирует собственные сигналы обратной связи и имеет свои собственные контроллеры.

В то время, как мозг управляет функциями более высокого уровня, такими как повороты в определенном направлении или перешагивание через трещину, в процессе ходьбы поддержание баланса реализуется главным образом с помощью сигналов, передаваемых между мышцами ног и спинным мозгом – иными словами, это местное управление.

В централизованной системе управления, если случится неполадка с центральным пультом управления, он влияет на всю систему, говорит Хамед. Преимущество протеза ноги с местным управлением заключается в том, что каждая нога работает независимо, сокращая вероятность общесистемной аварии. Такой протез также более энергоэффективен, способен дольше работать от одной зарядки батареи.

Но математически задача очень сложная, сказал Хамед. Разрабатывая эти локальные алгоритмы управления в SDSU, он передает их своему партнеру в университете штата Техас в Далласе, Роберту Греггу, который испытывает их с протезом ноги для человека. В конечном счете, их целью является создание протеза ноги с алгоритмом балансировки, который делает походку легкой, непринужденной и энергоэффективной.