Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Strategi basert på menneskelige reflekser kan holde bein roboter og proteser fra tripping

Anonim

Trips og snubler fører for ofte til fall for amputere ved hjelp av benproteser, men en robotbenprotese utviklet ved Carnegie Mellon University lover å hjelpe brukerne til å gjenopprette balansen ved å bruke teknikker basert på måten menneskelige bein styres på.

annonse


Hartmut Geyer, assisterende professor i robotteknologi, sa at en kontrollstrategi utviklet ved å studere menneskelige reflekser og andre nevromuskulære kontrollsystemer har vist løfte i simulering og laboratorietesting, og produserer stabile gangstier over ujevnt terreng og bedre utvinning fra turer og skudd.

I løpet av de neste tre årene, som en del av en $ 900.000 National Robotics Initiative studie finansiert gjennom National Science Foundation, vil denne teknologien bli videreutviklet og testet ved hjelp av frivillige med over-kne-amputasjoner. Sammen med Geyer på forskergruppen er Steve Collins, lektor i maskinteknikk og robotikk, og Santiago Munoz, en sertifisert prosthetist ortotiker og instruktør i Institutt for rehabiliteringsvitenskap og teknologi ved University of Pittsburgh.

"Drevne proteser kan bidra til å kompensere for manglende benmuskler, men hvis amputere er redd for å falle ned, vil de ikke bruke dem, " sa Geyer. "Dagens proteser prøver å etterligne naturlig beinbevegelse, men de kan ikke reagere som et sunt menneskeben ville reise, snuble og skyve. Vårt arbeid er motivert av ideen om at hvis vi forstår hvordan mennesker kontrollerer deres lemmer, kan vi bruke disse prinsipper for å kontrollere robotlemmer. "

Disse prinsippene kan hjelpe ikke bare benproteser, men også legged roboter. Geyers nyeste funn benytter det neuromuskulære kontrollsystemet til proteser og, i simulering, til fullstendige gående roboter, ble presentert nylig på IEEEs internasjonale konferanse om intelligente roboter og systemer i Hamburg, Tyskland. Et kommende papir i IEEE Transactions on Biomedical Engineering fokuserer spesielt på hvordan dette kontrollsystemet kan forbedre balanseutvinningen.

Geyer har studert dynamikken i legged walking og motor kontroll i det siste tiåret. Blant hans observasjoner er rollen til beinforlengelsesmusklene, som generelt fungerer for å rette leddene. Han sier at kraften tilbakemelding fra disse musklene reagerer automatisk på bakkenforstyrrelser, raskt senker bevegelsen eller forlenger benet videre, etter behov.

Geysers lag har evaluert den neuromuskulære modellen ved hjelp av datasimuleringer og en kabeldrevet enhet omtrent halvparten av et menneskelig ben, kalt Robotic Neuromuscular Leg 2. Ben-test-sengen ble finansiert av Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health & Menneskelig utvikling.

Forskerne fant at den nevromuskulære kontrollmetoden kan reproducere normale vandringsmønstre og at den effektivt reagerer på forstyrrelser ettersom beinet begynner å svinge fremover og sent i svingen. Mer arbeid vil være nødvendig, bemerket han, fordi kontrollordningen ikke reagerer effektivt på forstyrrelser ved midtsving.

Drevne proteser har motorer som kan justere vinkelen på kneet og ankelen under gang, noe som gir en mer naturlig gang. Disse motorene genererer også kraft for å kompensere for manglende muskler, noe som gjør det mindre fysisk oppgave for en amputert å gå og gjøre det mulig for dem å bevege seg så fort som en ustandig person.

Mer enn en million amerikanere har hatt en ben amputasjon, og at tallet forventes å firedoble innen 2050, sa Geyer. Omtrent halvparten av amputert befolkning rapporterer en frykt for å falle og store tall sier at manglende evne til å gå på ujevnt terreng begrenser livskvaliteten.

"Robotisk protese er et fremvoksende felt som gir en mulighet til å løse disse problemene med nye prostetiske design og kontrollstrategier, " sa Geyer.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Carnegie Mellon University . Original skrevet av Byron Spice. Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.