Adaptieve exosuit: Op maat ondersteuning voor dagelijks lopen

Deze menselijke en taakvariabiliteit is een grote uitdaging bij het ontwerpen van draagbare robotica om te assisteren of te augmenteren lopen in realistische omstandigheden. Tot nu toe vereist het aanpassen van draagbare robotische assistentie aan een individu's lopen uren aan handmatige of automatische afstelling — een vervelende taak voor gezonde individuen en vaak onmogelijk voor ouderen of klinische patiënten.

Onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hebben een nieuwe benadering ontwikkeld waarbij robotische exosuit-assistentie gekalibreerd kan worden op een individu en kan aanpassen aan een verscheidenheid aan realistische lopetaken in kwestie van seconden. Het bio-geïnspireerde systeem gebruikt ultrasounmetingen van spierdynamiek om een gepersonaliseerd en activiteitsspecifiek assistentieprofiel te ontwikkelen voor gebruikers van de exosuit.

Eerdere bio-geïnspireerde pogingen om geïndividualiseerde assistentieprofielen voor robotische exosuits te ontwikkelen, focussten op de dynamische bewegingen van de ledematen van de drager. De SEAS-onderzoekers namen een andere aanpak.

Er is niet noodzakelijk een direct mapping tussen de beweging van de ledematen en die van de onderliggende spieren die hun beweging drijven. Dus, om de spierdynamiek te bestuderen, spande het team een draagbaar ultrasoundsysteem vast aan de kieuwen van deelnemers en beeldde hun spieren terwijl ze een serie lopetaken uitvoerden.

Uit deze vooraf opgenomen beelden schatten ze de assistentiekracht die parallel met de kieuwspieren toegepast moest worden om de additionele werk die ze tijdens de afstootfase van de loopcyclus hoeven te verrichten te compenseren. Het nieuwe systeem heeft maar een paar seconden lopen nodig — zelfs één stap kan voldoende zijn om het spierprofiel vast te leggen.

Voor elk van de ultrasoongegenereerde profielen maten de onderzoekers hoeveel metabolische energie de persoon tijdens lopen met en zonder de exosuit gebruikte. Ze vonden dat de spiergebaseerde assistentie die door de exosuit geleverd werd, de metabolische energie van lopen aanzienlijk verminderde over een bereik van loopsnelheden en hellingen.

De exosuit past ook een lagere assistentiekracht toe om hetzelfde of verbeterde metabolisch energievoordeel te bereiken dan in eerdere gepubliceerde studies. "Door de spier direct te meten, kunnen we intuïtiever met de persoon die de exosuit gebruikt samenwerken," zei graduate student Sangjun Lee. "Met deze benadering overmacht de exosuit de drager niet, het werkt coöperatief met hen." Getest in realistische situaties, was de exosuit in staat om snel aan te passen aan veranderingen in loopsnelheid en helling.

Vervolgens streeft het onderzoeksteam ernaar het systeem te testen met constante, real-time aanpassingen.