Профессор из Техасского университета в Далласе использовал теорию управления роботов для создания автономных протезов с приводом, способных динамично реагировать на изменяющиеся условия при самостоятельном перемещении людей с ампутированными конечностями.
Судя по имеющимся сообщениям, инвалиды, которые использовали роботизированный протез для ноги, могли ходить по перемещающейся беговой дорожке почти так же быстро, как здоровый человек.
"Мы заимствовали элементы из теории управления роботами, чтобы создать новый, простой и эффективный способ анализа цикла человеческой походки ", сказал один из авторов разработки д-р Роберт Грегг. "Наш подход позволил создать управляемый протез с силовым приводом, позволяющий пациентам перемещаться более устойчиво и естественно, чем они могут делать это с имеющимися сегодня протезами".
Роботы-гуманоиды могут автономно ходить, бегать, прыгать и карабкаться по лестницам, но современные протезы ограничивают подобные действия для человека. В то время как современные технологии позволяют делать протезы более легкими и гибкими, они не позволяют имитировать энергию реальных человеческих мышц.
Роботизированные протезы или ноги роботов используют для перемещения приводы, но им не хватает разума, чтобы стабильно реагировать на изменяющиеся внешние условия.
Была изучена временная последовательность движений человеческий походки, с детализацией каждого этапа. Доцент кафедры биоинженерии и машиностроения Грегг предложил новый способ анализа процесса перемещения человека с измерением только одной переменной, которая представляет все движение тела. В этом исследовании такой переменной стал центр давления стопы, который сдвигается от пятки до пальцев ног в процессе ходьбы.
"Цикл ходьбы сложное явление с множеством взаимодействующих суставов и мышц", - сказал Грег. "Мы использовали передовые математические методы, чтобы упростить весь цикл до одной переменной. Если вы измеряете эту переменную, то точно знаете, где находитесь в цикле походки и что именно вы должны делать".
Грегг вначале испытал свою теорию на компьютерных моделях, а потом с тремя пациентами с ампутированными выше колена ногами. Он реализовал свои алгоритмы с датчиками измеряющими центр давления для протеза. Для настройки каждого протеза требовалось примерно 15 минут с введением роста и веса пациента и длины оставшейся части бедра. Затем участники ходили по земле и на беговой дорожке, движущейся с возрастающей скоростью.
"В систему управления протеза не закладывались данные об увеличении скорости беговой дорожки. Но протез естественно реагировал на это, так же, как делает биологическая нога человека", - сказал Грег.
Участники смогли передвигаться со скоростью более 1 метра в секунду. Типичная скорость ходьбы полностью трудоспособных людей составляет около 1,3 метров в секунду. Участники тестирования также сообщили, что тратят меньше энергии, чем при использовании традиционных протезов.
Используемые сегодня протезы требуют специалистов в области физической реабилитации, проводящих значительное количество времени в их настройке под ногу в конкретного пользователя.
Новый подход объединил в одном несколько режимов работы и позволил создать технологии, которые смогут помочь людям в будущем.
Комментарии
(0) Добавить комментарий