ARC ANGEL: NASA's innovatieve systeem vermindert armvermoeidheid bij sub-1G training

Johnson Space Center, Houston, TX

ARC ANGEL's actieve regelsysteem kan het gewicht van diverse handgereedschappen automatisch ontlasten, waardoor armvermoeidheid tijdens sub-1G training wordt voorkomen. (Afbeelding: NASA)

ARGOS: Simuleren van gewichtloosheid op aarde

Innovators bij NASA Johnson Space Center (JSC) hebben een aardse robotische trainingsysteem ontwikkeld genaamd "ARGOS". Dit systeem kan de gewichtloosheid van een astronaut in de ruimte actief simuleren door gebruik te maken van een overhead loopbaan en brugdrijsysteem om het gewicht van de testpersoon deels of volledig te ontlasten met behulp van bevestigde kabels, waardoor ze effectief van de grond worden opgeheven. Hoewel de torso en benen van de testpersoon worden ontlast, zijn hun armen en eventuele zware handgereedschappen dat niet.

ARC ANGEL: Ontlasting van armen en gereedschappen

De Actuated Realtime Control for ARGOS Negation of Gravitational Effects on the Limbs (ARC ANGEL) technologie is ontwikkeld om de armen van een ruimtepak-gedragen testpersoon te ontlasten en de vermoeidheid te bestrijden die ontstaat tijdens het uitvoeren van trainingsactiviteiten met ARGOS. Net als ARGOS biedt ARC ANGEL ontlasting via computergestuurde actieve kabelspanning. Kabels lopen tussen armbanden net boven elke elleboog, en een gemotoriseerde wikkelspoel(en) gemonteerd op de rugzak-achtige Primary Life Support System (PLSS) van het ruimtepak.

Deze actieve ontlastingstechnologie kan worden gebruikt voor een aantal toepassingen naast het simuleren van nul tot één G omgevingen. Bijvoorbeeld: een patiënt die zijn schouder herstelt, kan profiteren van bewegingsondersteuning die armgewicht of grijplast ontlast, een bouwwerker die een zwaar gereedschap draagt, kan dit gemakkelijker manipuleren, of het kan uitrustingsgewicht voor militair personeel compenseren, wat uiteindelijk lidmaatvermoeidheid voorkomt die anders zou optreden.

Technische werking

ARC ANGEL is een actief robotisch systeem zoals ARGOS; de elektrische motor is echter niet overhead gemonteerd aan een loopbaan en brugsysteem, maar in plaats daarvan aan de rugzak-achtige PLSS van de testpersoon, waar de motor(en) real-time actuatie-koppelontlasting aan de bovenarmen leveren via kabels. Als een testpersoon een hamer oppakt, reageert het systeem onmiddellijk om het gewicht van de hamer ten opzichte van de geprogrammeerde omgeving te ontlasten.

Het systeem bestaat uit een elektrische motor(en), zachte materialen, elektronica-hardware, firmware en software. Om een soepel functionerende arm-ontlastingsanalog te bieden en de systeemprestaties te optimaliseren, hebben ingenieurs bij JSC software gecodeerd die kinematische algoritmes en gesloten-lus architectuur voor motorbesturing benut, samen met aangepaste computertaalscripts om sensordata te verwerken. Hierdoor kunnen ARC ANGEL's subsystemen naadloos worden geïntegreerd en één tot nul G omgevingen nauwkeurig simuleren.

Tijdens de operationele fase detecteren compacte spanningssensoren en inertiële meetunits armgewicht en beweging en bieden een gesloten-lus regelsysteem dat data voedt aan een single-board computer en benodigde firmware voor verwerking. Een aangepaste grafische gebruikersinterface werd ook intern ontwikkeld om controles te bieden voor het invoeren van gewenste arm-ontlastingswaarden.

Onafhankelijke voeding en toepassingen

Daarnaast beschikt ARC ANGEL over een eigen voeding die stroom levert aan de subonderdelen zonder externe kabels. Dit stelt het systeem in staat om onafhankelijk van ARGOS te functioneren en leent zich verder voor potentiële aardse toepassingen. Dit werk correleert direct met actieve exosuit-ontwikkeling die wordt geïmplementeerd voor revalidatie- en/of assistieve medische hulpmiddelen. ARC ANGEL biedt essentieel een gewenste assistentie (ontlasting) terwijl de volledige beweegingsbereik van de proefpersoon behouden blijft. De systeemhardware en -software kunnen worden aangepast om op maat te passen bij een individu zonder ruimtepak en gericht op lidmaat-geassisteerde beweging - niet alleen armontlasting.

NASA zoekt actief licentiaten om deze technologie te commercialiseren. Neem contact op met NASA's Licensing Concierge via dit e-mailadres of bel 202-358-7432 om licentiegesprekken te initiëren. Voor meer informatie, bezoek hier.