11 güçlü gövdeli insanla yapılan deneylerde, döngüdeki insan algoritması, dış iskeleti optimize etmek için yaklaşık bir saat sürdü ve daha sonra katılımcıların ortalama olarak yüzde 24 yürümeleri gereken enerji miktarını azalttı. araştırma ekibi üyesi Rachel Jackson, Carnegie Mellon Üniversitesi (CMU) Makine Mühendisliği Bölümünde doktora sonrası araştırmacı.
"İndirimin büyüklüğü şaşırtıcıydı," dedi Jackson Live Science'a.
Makine mühendisliği CMU'nun doçent profesörü Steven Collins ve eski CMU ve şimdi Çin'deki Nankai Üniversitesi'nde profesör olan Juanjuan Zhang tarafından yönetilen Jackson ve meslektaşları, araştırmalarının sonuçlarını bugün (22 Haziran) dergide yayınladı Bilim.
Hafif bir yük kesinlikle caziptir, ancak kişiselleştirilmiş bir dış iskelet, güçlü bir kişinin yürüyebileceği mesafeyi de artırabilir ve bireylerin daha hızlı koşmasına bile yardımcı olabilir.
Jackson, felç, nörolojik yaralanma veya amputasyon geçirenler gibi fiziksel bozuklukları olan kişilerin de fayda sağlayabileceğini söyledi. Kişiselleştirilmiş bir dış iskelet, yürümeyi bir ampütasyon veya yaralanma öncesi olduğundan daha kolay veya daha kolay hale getirebilir dedi.
Önceden, diğer araştırma ekipleri tarafından elde edilen en büyük ortalama enerji azaltımı, her iki bacağa giyilen elle ayarlanmış ayak bileği dış iskeletlerini kullanarak yüzde 14.5 ve önceden programlanmış ayarları kullanarak hem kalçalara hem de her iki ayak bileğine etki eden bir exosuit kullanarak yüzde 22.8 idi.
Ancak CMU döngü içi insan algoritması daha iyi performans gösterdi ve ön programlamaya dayanmadı.
Jackson, "Bu algoritma o kadar iyiydi ki, enerji maliyetlerini tek bir cihazla azaltmak için bir yardım stratejisi bulabildi." Dedi. "Çok güzeldi."
Dış iskeletlerle ilgili zorluk, bir insana yardım etmek istese de hareketi engelleyebilmeleridir, dedi Jackson. Yeni başlayanlar için, her cihaz birkaç kilodan birkaç kiloya kadar kendi ağırlığına sahiptir ve kullanıcı bu ağırlığı taşımalıdır. Dış iskeletler ayrıca vücudun belirli bölgelerine kuvvet uygulamak için tasarlanmıştır, ancak kuvvetin zamanlaması kapalıysa, kişinin hareket etmek için daha fazla enerji kullanması gerekebilir, dedi Jackson. Ve bu da verimsiz.
Son çalışmanın optimizasyon aşamasında, her katılımcı bir ayak bileği dış iskeletinin yanı sıra oksijen ve karbondioksit (CO2) seviyelerini ölçmek için tasarlanmış bir maske takmıştır. Bu önlemler kişinin ne kadar enerji harcadığı ile ilgilidir. Her insan bir koşu bandında sabit bir hızda yürürken, dış iskelet ayak bileklerine ve ayak parmaklarına bir dizi farklı yardım deseni uyguladı.
Bu modeller, kuvvetin ne zaman uygulandığı ve kuvvet miktarının bir kombinasyonuydu. Örneğin, kuvvetler bir duruşta erken (topuk ilk kez yere çarptığında), duruşun ortasında (ayak düz olduğunda) veya duruşun geç saatlerinde (ayak parmak ucuna geldiğinde) uygulanabilir. Pozisyonlardaki bu varyasyonlar sırasında daha büyük veya daha küçük bir kuvvet uygulanabilir.
Algoritma, katılımcıların her 2 dakikada bir değişen 32 farklı desene yanıtlarını test etti. Daha sonra, desenin kişinin yürümesini kolaylaştırdığını veya zorlaştırdığını ölçtü.
Bir saatten daha uzun süren oturumun sonunda, algoritma her birey için optimize edilmiş benzersiz bir yardım modeli üretti.
Jackson, "Desenlerin genel şekli açısından, aynı şeyleri herkese uygulamak yerine, bu stratejileri her bir kişiye uyarlamanın önemine değinen büyük bir değişkenlik vardı." Dedi.
Cihazın sadece "öğrenme" olduğu için değil, aynı zamanda yardım şeklini değiştirdiği için, onu kullanan kişinin de öğreniyor olabileceğini ekledi.
Jackson, "İnsanları, cihazla daha iyi etkileşim kurmak için yürüyüşlerini koordine etmenin farklı yollarını keşfetmeye zorladığını düşünüyoruz." Dedi. Bu, kişinin cihazı en iyi nasıl kullanacağı konusunda yönlendirmesine ve cihazdan en büyük yararı elde etmesine yardımcı olur. "Bu iki yönlü bir sokak," dedi.
Ekibin diğer üyeleri, vücudun tüm alt yarısına giyilmek üzere tasarlanan altı eklemli bir dış iskelet oluşturmak için algoritmanın nasıl ölçeklendirilebileceğini test etmeyi planlıyor.
