همه کاره و قابل حمل با راه رفتن و دویدن کمک می کند

بین راه رفتن با سرعت فراغت و دویدن برای زندگی شما ، دستکش های انسانی می توانند سرعت گسترده ای را پوشش دهند. به طور معمول ، ما راه رفتن را انتخاب می کنیم که به ما امکان می دهد کمترین میزان انرژی را با سرعت مشخص مصرف کنیم. به عنوان مثال ، در سرعت های پایین ، میزان متابولیک راه رفتن کمتر از دویدن در یک آهسته آهسته است. برعکس در سرعت های بالا ، میزان متابولیسم دویدن کمتر از سرعت پیاده روی است.

محققان در آزمایشگاههای دانشگاهی و صنعتی قبلاً دستگاههای رباتیک را برای توانبخشی و سایر مناطق زندگی ایجاد کرده اند که می تواند به راه رفتن یا دویدن کمک کند ، اما هیچ وسیله قابل حمل بدون دردسر نمی تواند هر دو را به طور موثری انجام دهد. کمک به راه رفتن و دویدن با یک دستگاه واحد به دلیل بیومکانیک اساساً متفاوت این دو راهکار چالش برانگیز است. با این حال ، هر دو جفت مشترک مشترک مفصل ران دارند که تقریباً در زمان تماس پا با زمین شروع می شود و برای پیشروی بدن به انرژی زیادی احتیاج دارد.

همانطور که امروز در Science گزارش شده است ، تیمی از محققان موسسه مهندسی بیولوژیکی هاروارد Wyss و دانشکده مهندسی و علوم کاربردی جان A. Paulson (SEAS) و دانشگاه نبراسکا اوماها اکنون یک اکسسوریو قابل حمل را توسعه داده اند که با راه رفتن کمک می کند. پسوند خاص ران در هنگام راه رفتن و دویدن. اکسسوری سبک آنها از اجزای نساجی است که در کمر و ران پوشیده شده است ، و یک سیستم تحریک موبایل به پایین کمر متصل شده است که توسط یک الگوریتم کنترل می شود و می تواند قدرت انتقال از راه رفتن به دویدن و برعکس را کنترل کند.

این تیم ابتدا نشان می دهد که اگزوزوتیونی که توسط کاربران در تست های داخلی مبتنی بر تردمیل پوشیده می شود ، به طور متوسط ​​میزان متابولیک پیاده روی آنها را 9.3٪ و دویدن را 4٪ نسبت به زمان پیاده روی و دویدن بدون دستگاه کاهش می دهد. دکتر کونور والش ، دکترای دکتر ، گفت: "ما از اینکه هیجان زده شدیم دیدیم که دستگاه در هنگام پیاده روی با سربالایی ، در سرعت های مختلف اجرا و در هنگام تست خارج از سطح نیز عملکرد خوبی داشته است. این نشان دهنده تطبیق پذیری سیستم است." والش عضو هیئت علمی هسته انستیتوی ویس ، استاد مهندسی و علوم کاربردی گوردون مک کیای در SEAS و بنیانگذار آزمایشگاه بیو دیزاین هاروارد است. "در حالی که کاهش متابولیکی که پیدا کردیم متوسط ​​است ، مطالعه ما نشان می دهد که داشتن یک ربات پوشیدنی قابل حمل بیش از یک فعالیت واحد ممکن است ،

این ویدیو استفاده از اکسپوزیت راس کمک به ران در محیط های مختلف طبیعی نشان می دهد و نشان می دهد که چگونه دستگاه رباتیک در حرکات عمودی مخصوص راه رفتن از مرکز جرم در حین راه رفتن و دویدن ، تغییرات را در حرکات عمودی حس می کند تا سریعاً عملکرد آن تنظیم شود. اعتبار: مؤسسه ویس در دانشگاه هاروارد
Exosuit hip به عنوان بخشی از آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (DARPA) برنامه سابق وب Warrior ساخته شد و اوج سالها تحقیق و بهینه سازی فن آوری Exosuit نرم توسط این تیم است. یک اگزوزوتیو چند منظوره قبلی که توسط این تیم ایجاد شده است می تواند به مفصل ران و مچ پا در حین راه رفتن کمک کند و یک نسخه پزشکی از اگزوزوتیو با هدف بهبود توان بخشی راه رفتن برای بازماندگان سکته مغزی ، هم اکنون از طریق همکاری با ReWalk به صورت تجاری در ایالات متحده و اروپا در دسترس است. رباتیک

 
جدیدترین نمایشگاه ظاهری این تیم با کمک هیپ طراحی شده است تا وزن ساده تر و سبک تری در مقایسه با Exosuit چند مشترک گذشته خود داشته باشد. این وسیله از طریق یک سیستم فعال سازی کابل به پوشیدگان کمک می کند. کابل های فعال سازی از نیروی کششی بین کمر و لفافه ران استفاده می کنند تا یک گشتاور اکستنشن خارجی در مفصل لگن ایجاد کند که به طور هماهنگ با عضلات گلوتئال کار می کند. وزن این دستگاه در مجموع 5 کیلوگرم است که بیش از 90٪ وزن آن در نزدیکی مرکز جرم بدن قرار دارد. جینسو کیم ، نویسنده اول نویسنده ، دانش آموخته فارغ التحصیل SEAS در گروه والش ، گفت: "این رویکرد برای تمرکز وزن ، همراه با رابط پوشاک انعطاف پذیر ، باعث کاهش فشار انرژی و محدودیت حرکتی برای فرد پوشنده می شود." "این برای راه رفتن بسیار مهم است ، اما حتی بیشتر از این که هنگام حرکت اندام خیلی سریعتر به جلو و عقب رانده می شود."

در معرض نور همه کاره با وزنه سبک ، در طول پیاده روی و در سرعت های مختلف در زمین طبیعی ، از مفصل ران استفاده می شود. اعتبار: مؤسسه ویس در دانشگاه هاروارد
یک چالش اساسی که تیم مجبور به حل آن بود این بود که exosuit نیاز داشت تا بتواند بین راهپیمایی و راه راههای تفکیکی تمایز قایل شود و پروفایل های تحریک آن را با توجه به مقدار مناسب مساعدت در زمان مناسب چرخه راه رفتن تغییر دهد.

برای توضیح سینتیک های مختلف در طی چرخه راه رفتن ، بیومکانیست ها اغلب پیاده سازی را با حرکت یک آونگ معکوس و حرکت با حرکات یک سیستم جرم بهار مقایسه می کنند. در حین راه رفتن ، مرکز جرم بدن پس از اعتصاب پاشنه به سمت بالا حرکت می کند ، سپس در میانه مرحله ایستادن به حداکثر ارتفاع می رسد تا به سمت انتهای مرحله ایستادن پایین بیاید. هنگام اجرا ، حرکت مرکز جرم برعکس است. در وسط مرحله موضع به سمت حداقل ارتفاع می رود و سپس به سمت بالا حرکت می کند.

"ما از این بینشهای بیومکانیکی استفاده کردیم تا الگوریتم طبقه بندی راه رفتن راهپیمایی بیولوژیکی الهام بخش ما را توسعه دهیم که می تواند با نظارت بر شتاب مرکز جرم یک فرد با سنسورهایی که به بدن وصل می شوند ، انتقال قوی از یک راه راه به دیگری را کشف کنیم." گفت: نویسنده همکار ، فیلیپ مالکوم ، دکترا ، استادیار دانشگاه نبراسکا اوماها. "هنگامی که یک گذر از راه رفتن تشخیص داده شد ، اکسپوژیت به طور خودکار زمان تنظیم پروفایل تحریک خود را برای کمک به راهپیمایی دیگر تنظیم می کند ، همانطور که با توانایی آن در کاهش مصرف اکسیژن متابولیک در پوشیدگان نشان دادیم."

در ادامه کار ، تیم متمرکز بر بهینه سازی کلیه جنبه های فناوری از جمله کاهش بیشتر وزن ، شخصی سازی کمک و بهبود سهولت استفاده است. والش گفت: "بسیار رضایت بخش است که ببینیم رویکرد ما تا چه حد به نتیجه رسیده است ،" و ما خوشحال هستیم که همچنان به استفاده از آن در طیف وسیعی از برنامه ها ، از جمله کمک به کسانی که دچار اختلالات راه رفتن هستند ، کارگران صنعت در معرض آسیب دیدگی که از نظر جسمی سخت می پردازند ، خوشحال هستیم. وظایف یا جنگجویان تفریحی آخر هفته. "

مؤسسه ویس گفت: "این مطالعه دستیابی به موفقیت از بستر نرم افزار Bioinspired Biobspired Soft Robotics موسسه Wyss اجمالی را به آینده می بخشد که در آن دستگاه های روباتیک پوشیدنی می توانند زندگی افراد سالم را بهبود بخشند ، همچنین به افراد آسیب دیده یا نیاز به توانبخشی خدمت کنند." دکتر موسس دونالد اینگبر ، دکتری ، دکتر ، که همچنین استاد جودا فولکمن استاد زیست شناسی عروقی در HMS ، برنامه بیولوژی عروق در بیمارستان کودکان بوستون ، و استاد مهندسی مهندسی زیستی در SEAS است.