Встать со стула - действие, о котором большинство из нас не задумывается. Движение почти автоматическое: ноги и бёдра работают в чёткой последовательности. Но для пожилых людей эта задача порой становится трудной - сказываются ослабшие мышцы и нарушенная координация в области бёдер и ног.
Если роботизированный костюм берётся помочь хотя бы отчасти, он должен реагировать интуитивно и двигаться в такт с телом.
Мягкий костюм с искусственными сухожилиями
Исследователи из Мюнхенского технического университета (TUM) создали мягкий лёгкий костюм, который помогает разгибать бедро с помощью искусственных сухожилий. Он облегчает пожилым людям подъём со стула и делает ходьбу экономичнее. Статья опубликована в журнале Nature Communications.
«Мы используем машинное обучение, чтобы подать помощь точно в нужный момент», - говорит доктор Сяохуэй Чжан, исследователь кафедры интеллектуальных биороботических систем в Школе вычислений, информатики и технологий TUM.
Чтобы построить систему распознавания и обучить алгоритм, учёные сначала собрали данные о движениях группы молодых здоровых людей. По мере накопления данных система будет дообучаться.
Робот помогает естественно
Костюм надевается и снимается за считаные минуты - как обычная одежда. В нём два ремня на бёдрах, поясной ремень и искусственные сухожилия, соединённые с небольшим моторным блоком на спине - почти как рюкзак. Два датчика на бёдрах отслеживают движение ног.
Когда система понимает, что человек встаёт или идёт, мотор натягивает сухожилия и поддерживает бедро. «Датчики улавливают движение в реальном времени и передают информацию контроллеру, а тот управляет мотором, помогая пользователю», - поясняет Чжан.
Пользователи вставали чаще и быстрее
Десять пожилых людей со сниженной функцией нижних конечностей испытали экзокостюм в рамках исследования. Их возраст - от 69 до 85 лет.
С поддержкой костюма вставать стало легче: некоторые участники выполняли до четырёх дополнительных циклов «сесть-встать» за минуту, а время цикла сокращалось почти на 22%. В среднем участники экспериментальной группы делали 18 циклов в минуту - на два больше, чем раньше. Ходьба тоже стала эффективнее: максимальное индивидуальное снижение метаболических затрат достигло 27,5%, а среднее улучшение составило 14%.
Субъективные впечатления участников тоже оказались положительными: несмотря на роботизированный костюм, они чувствовали контроль над своими движениями.
«По семибалльной шкале они оценили ощущение собственной активности выше шести - это говорит о высокой степени воспринимаемой самостоятельности, - говорит Чжан. - Приятно видеть, что наши алгоритмы действительно помогают людям в повседневной жизни».
Как «обычная одежда»
«Те, кто примерил наш роботизированный костюм, не сочли его навязчивым и отметили, что его удобно носить поверх обычной одежды», - замечает Лоренцо Мазиа, исполнительный директор Института робототехники MIRMI при TUM и руководитель кафедры интеллектуальных биороботических систем.
Экзокостюм призван поддержать пожилых людей, которые хотят дольше оставаться самостоятельными, а также тех, кто проходит реабилитацию.
