Хартмут Гейер, доцент кафедры робототехники, сказал, что стратегия управления, разработанная на основе изучения человеческих рефлексов и других нервно-мышечных систем управления, показала себя многообещающей при моделировании и лабораторных испытаниях, обеспечивая стабильную походку по неровной местности и лучшее восстановление после походов и толчков.В течение следующих трех лет, в рамках исследования Национальной робототехнической инициативы стоимостью 900 000 долларов, финансируемого Национальным научным фондом, эта технология будет доработана и испытана на добровольцах с ампутациями выше колена. К Гейеру в исследовательской группе присоединились Стив Коллинз, доцент кафедры машиностроения и робототехники, и Сантьяго Муньос, сертифицированный ортопед-ортопед и инструктор кафедры реабилитационных наук и технологий Университета Питтсбурга.
«Электропротезы могут помочь компенсировать отсутствие мышц ног, но если люди с ампутированными конечностями боятся упасть, они не будут ими пользоваться», — сказал Гейер. «Сегодняшние протезы пытаются имитировать естественные движения ног, но они не могут реагировать, как здоровая человеческая нога, на спотыкания, спотыкания и толчки. Наша работа основана на идее, что если мы поймем, как люди контролируют свои конечности, мы сможем их использовать. принципы управления роботизированными конечностями ".Эти принципы могут помочь не только протезам ног, но и роботам на ногах.
Последние открытия Гейера, применяющие схему нервно-мышечного контроля к протезам ног и, при моделировании, к полноразмерным шагающим роботам, были недавно представлены на Международной конференции IEEE по интеллектуальным роботам и системам в Гамбурге, Германия. В готовящейся к выходу статье в IEEE Transactions on Biomedical Engineering особое внимание уделяется тому, как эта схема управления может улучшить восстановление баланса.Гейер изучал динамику ходьбы на ногах и моторного контроля за последнее десятилетие. Среди его наблюдений — роль мышц-разгибателей ног, которые обычно работают для выпрямления суставов.
Он говорит, что силовая обратная связь от этих мышц автоматически реагирует на возмущения земли, быстро замедляя движение ног или при необходимости разгибая ногу дальше.Команда Гейера оценила нервно-мышечную модель с помощью компьютерного моделирования и устройства с кабельным приводом размером примерно в половину человеческой ноги, называемого роботизированной нервно-мышечной ногой 2. Испытательный стенд для ног финансировался Национальным институтом здоровья детей Юнис Кеннеди Шрайвер. Развитие человека.Исследователи обнаружили, что метод нервно-мышечного контроля может воспроизводить нормальные модели ходьбы и эффективно реагировать на нарушения, когда нога начинает качаться вперед, а также в конце качания.
Он отметил, что потребуется дополнительная работа, потому что схема управления еще не эффективно реагирует на нарушения в середине поворота.Электротехнические протезы оснащены двигателями, которые могут регулировать угол наклона колена и голеностопного сустава во время ходьбы, обеспечивая более естественную походку. Эти двигатели также генерируют силу, компенсирующую недостающие мышцы, что снижает физическую нагрузку для человека с ампутированной конечностью и позволяет ему двигаться так же быстро, как и здоровый человек.
По словам Гейера, более миллиона американцев перенесли ампутацию ноги, и ожидается, что к 2050 году это число увеличится в четыре раза. Около половины людей с ампутированными конечностями сообщают о страхе падения, а многие говорят, что неспособность ходить по неровной местности снижает качество их жизни.
«Роботизированное протезирование — это развивающаяся область, которая дает возможность решать эти проблемы с помощью новых конструкций протезов и стратегий контроля», — сказал Гейер.