Σε πειράματα με 11 άρρωστους ανθρώπους, ο λεγόμενος αλγόριθμος "ανθρώπινος σε βρόχο" χρειάστηκε περίπου μία ώρα για να βελτιστοποιήσει τον εξωσκληρωτό και στη συνέχεια μείωσε την ποσότητα των ενεργών συμμετεχόντων που χρειάστηκε να περπατήσει κατά 24%, κατά μέσο όρο, δήλωσε μέλος της ερευνητικής ομάδας Rachel Jackson, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τμήμα Μηχανολογίας του Πανεπιστημίου Carnegie Mellon (CMU).
"Το μέγεθος της μείωσης ήταν αρκετά εκπληκτικό", δήλωσε ο Jackson στον Live Science.
Η Jackson και οι συνεργάτες της, με επικεφαλής τον Steven Collins, αναπληρωτή καθηγητή μηχανολογίας CMU, και ο Juanjuan Zhang, πρώην μέλος της CMU και τώρα καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Nankai στην Κίνα, δημοσίευσαν σήμερα τα αποτελέσματα των ερευνών τους (22 Ιουνίου) Επιστήμη.
Ένα ελαφρύ φορτίο είναι σίγουρα ελκυστικό, αλλά ένα εξατομικευμένο εξωσκληρωτικό θα μπορούσε επίσης να αυξήσει την απόσταση που μπορεί να περπατήσει ένας ικανός άνθρωπος και θα μπορούσε να βοηθήσει τα άτομα να τρέξουν πιο γρήγορα, είπε ο Τζάκσον.
Τα άτομα με σωματικές βλάβες, όπως εκείνα που έχουν υποστεί εγκεφαλικό επεισόδιο, νευρολογικό τραυματισμό ή ακρωτηριασμό, μπορούν να συνειδητοποιήσουν οφέλη επίσης, δήλωσε ο Τζάκσον. Ένα εξατομικευμένο εξωσκληρωμένο θα μπορούσε να κάνει το περπάτημα τόσο εύκολο όσο και ευκολότερο από ό, τι ήταν πριν από έναν ακρωτηριασμό ή τραυματισμό, είπε.
Προηγουμένως, οι μεγαλύτερες μέσες μειώσεις ενέργειας που επιτεύχθηκαν από άλλες ερευνητικές ομάδες ήταν 14,5 τοις εκατό, χρησιμοποιώντας χειροκίνητα exoskeletons αστράγαλο που φοριούνται και στα δύο πόδια, και 22,8 τοις εκατό, χρησιμοποιώντας ένα exosuit που έδρασε τόσο στους γοφούς και τους δύο αστραγάλους χρησιμοποιώντας προγραμματισμένες ρυθμίσεις.
Αλλά ο αλγόριθμος CMU ανθρώπινου-σε-βρόχου είχε καλύτερη απόδοση και δεν βασίστηκε στον προγραμματισμό.
"Αυτός ο αλγόριθμος ήταν τόσο καλός που ήταν σε θέση να ανακαλύψει μια στρατηγική βοήθειας για τη μείωση του ενεργειακού κόστους με μια μόνο συσκευή", δήλωσε ο Jackson. "Αυτό ήταν πολύ δροσερό."
Η πρόκληση με τα εξωσκλημάτια είναι ότι αν και προορίζονται να βοηθήσουν ένα άτομο, μπορούν να εμποδίσουν την κίνηση, είπε ο Τζάκσον. Για αρχάριους, κάθε συσκευή έρχεται με το δικό της βάρος, που κυμαίνεται από μερικές ουγγιές έως λίρες λίβρες, και ο χρήστης πρέπει να φέρει αυτό το βάρος. Τα εξωσκληρυνόμενα έχουν επίσης σχεδιαστεί για να εφαρμόζουν δύναμη σε ορισμένα μέρη του σώματος, αλλά αν ο χρονισμός της δύναμης είναι εκτός, το άτομο μπορεί να χρειαστεί να χρησιμοποιήσει περισσότερη ενέργεια για να μετακινήσει, είπε ο Jackson. Και αυτό είναι αντιπαραγωγικό.
Κατά τη διάρκεια της φάσης βελτιστοποίησης της πρόσφατης μελέτης, κάθε συμμετέχων φορούσε ένα exoskeleton αστράγαλο καθώς και μια μάσκα σχεδιασμένη για τη μέτρηση των επιπέδων οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα (CO2). Αυτά τα μέτρα αφορούν την ποσότητα ενέργειας που δαπανά το άτομο. Δεδομένου ότι κάθε άτομο περπατούσε σε ένα διάδρομο με σταθερό ρυθμό, ο εξωσκληρωτής εφάρμοζε ένα σύνολο διαφορετικών προτύπων βοήθειας στους αστραγάλους και τα δάκτυλα των ποδιών.
Αυτά τα μοτίβα ήταν συνδυασμός της εφαρμογής της δύναμης και της δύναμης. Για παράδειγμα, οι δυνάμεις θα μπορούσαν να εφαρμοστούν νωρίς σε μια στάση (όταν η φτέρνα χτυπήσει πρώτα στο έδαφος), στη μέση της στάσης (όταν το πόδι είναι επίπεδο) ή αργά σε στάση (όταν το πόδι έχει τυλιχθεί μέχρι το δάκτυλο). Κατά τη διάρκεια αυτών των αλλαγών στις θέσεις, θα μπορούσε να εφαρμοστεί μια μεγαλύτερη ή μικρότερη δύναμη.
Ο αλγόριθμος εξέτασε τις απαντήσεις των συμμετεχόντων σε 32 διαφορετικά μοτίβα, τα οποία αλλάζουν κάθε 2 λεπτά. Στη συνέχεια, μέτρησε κατά πόσον το μοτίβο καθιστούσε ευκολότερο ή πιο δύσκολο το άτομο να περπατήσει.
Μέχρι το τέλος της συνεδρίας, η οποία διήρκεσε λίγο περισσότερο από μία ώρα, ο αλγόριθμος παράγει ένα μοναδικό σχέδιο βελτιστοποίησης βοήθειας για κάθε άτομο.
"Όσον αφορά τη γενική μορφή των μοτίβων, υπήρξε μεγάλη μεταβλητότητα, η οποία μιλάει για τη σημασία της προσαρμογής αυτών των στρατηγικών σε κάθε άτομο, αντί να εφαρμόζει το ίδιο πράγμα σε όλους", δήλωσε ο Jackson.
Πρόσθεσε ότι η συσκευή μπορεί να έχει λειτουργήσει καλά όχι μόνο επειδή ήταν "μάθηση", αλλά επίσης επειδή καθώς άλλαξε το πρότυπο της βοήθειας, το άτομο που το χρησιμοποίησε ήταν επίσης μάθησης.
"Πιστεύουμε ότι αναγκάζει τους ανθρώπους να διερευνήσουν διαφορετικούς τρόπους συντονισμού της πορείας τους για να αλληλεπιδράσουν καλύτερα με τη συσκευή", δήλωσε ο Jackson. Αυτό βοηθά το άτομο να καθοδηγήσει τον τρόπο με τον οποίο θα χρησιμοποιήσει καλύτερα τη συσκευή και θα αντλήσει το μεγαλύτερο όφελος από αυτό. "Είναι δρόμος διπλής κατεύθυνσης", είπε.
Άλλα μέλη της ομάδας σχεδιάζουν να δοκιμάσουν τον τρόπο με τον οποίο ο αλγόριθμος θα μπορούσε να κλιμακωθεί για να δημιουργήσει ένα εξωσκελετό με έξι αρθρώσεις, σχεδιασμένο να φοριέται σε όλο το κάτω μισό του σώματος.
