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El sistema del exoesqueleto del tobillo aumenta velocidad que recorre autoseleccionada

El no poder recorrer rápidamente puede ser de frustración y problemático, pero es una entrega común, especialmente pues la gente envejece. Observando la penetrabilidad de recorrer lento-que-deseado, los ingenieros en la Universidad de Stanford han probado como de bien un sistema del exoesqueleto del prototipo que han desarrollado - que los attaches alrededor de la espinilla y en una zapatilla deportiva - aumentó la velocidad que recorría autoseleccionada de la gente en un marco experimental.

El exoesqueleto externamente es movido por motor por los motores y controlado por un algoritmo. Cuando los investigadores lo optimizaron para la velocidad, los participantes recorrieron, por término medio, el 42 por ciento más rápido que cuando desgastaban las zapatas normales y ningún exoesqueleto. Los resultados de este estudio fueron publicados el 20 de abril en las transacciones de IEEE en sistemas de los nervios y la ingeniería de la rehabilitación.

Esperábamos que podríamos aumentar velocidad que recorría con ayuda del exoesqueleto, pero nos sorprendieron realmente encontrar una mejoría tan grande. El cuarenta por ciento es enorme.”

Steve Collins, profesor adjunto de la ingeniería industrial en Stanford y autor mayor del papel

Para este equipo de experimentos inicial, los participantes eran adultos jovenes, sanos. Dado sus resultados impresionantes, los investigadores proyectan funcionar con las pruebas futuras con más viejos adultos y observar otras maneras el diseño del exoesqueleto puede ser perfeccionado. También esperan crear eventual un exoesqueleto que pueda trabajar fuera del laboratorio, aunque esa meta sigue siendo las maneras lejos.

“Mi misión de la investigación es entender la ciencia de la biomecánica y mando de motor detrás de la locomoción humana y aplicar eso para aumentar el funcionamiento físico de seres humanos en vida de cada día,” dijo la canción de Seungmoon, un becario postdoctoral en la ingeniería industrial y al autor importante del papel. “Pienso que los exoesqueletos son las herramientas muy prometedoras que podrían lograr ese aumento en calidad de vida física.”

El recorrer en el rizo

El sistema del exoesqueleto del tobillo probado en esta investigación es un emulador experimental que sirve como banco de pruebas para probar diversos diseños. Tiene un marco que asegure alrededor de la espinilla superior y en una zapatilla deportiva integrada que el participante desgaste. Se sujeta a los motores grandes que se sientan al lado de la superficie que recorre y tira de una correa que funcione con encima del largo del dorso del exoesqueleto. Controlado por un algoritmo, la correa tira del talón del portador hacia arriba, ayudándoles para apuntar su dedo del pie hacia abajo mientras que activan de la tierra.

Para este estudio, los investigadores tenían paseo de 10 participantes con diverso modo de operación cinco. Recorrieron en zapatas normales sin el exoesqueleto, con el exoesqueleto girado y con del exoesqueleto girado con tres diversas maneras: optimizado para la velocidad, optimizado para el uso de energía, y una manera del placebo ajustó para hacer que recorren más despacio. En todas las pruebas, los participantes recorrieron en una rueda de ardilla que se adapta a su velocidad.

La manera que fue optimizada para la velocidad - que dio lugar al aumento del 42 por ciento en paso que recorría - fue creada con un proceso del humano-en--rizo. Un algoritmo ajustó en varias ocasiones las fijaciones del exoesqueleto mientras que recorrió el utilizador, con el objetivo de perfeccionar la velocidad del utilizador con cada ajuste. Encontrar el modo de operación velocidad-optimizado tomó cerca de 150 cartuchos del ajuste y de dos horas por persona.

Además de velocidad que recorría grandemente cada vez mayor, la manera velocidad-optimizada también redujo uso de energía, por el cerca de 2 por ciento por el contador viajó. Sin embargo, ese resultado varió extensamente de personal, que se prevee algo, dado que no era una característica intencional de esa manera del exoesqueleto.

“El estudio fue diseñado para contestar específicamente a la pregunta científica sobre velocidad que recorría cada vez mayor,” Song dijo. “No cuidamos demasiado sobre las otras dimensiones de funcionamiento, como comodidad o energía. Sin embargo, siete participantes de 10 no sólo recorrieron más rápidamente pero consumieron menos energía, que muestra realmente cuánto tienen los exoesqueletos potenciales para la gente de ayuda en un modo eficaz.”

Las fijaciones que fueron optimizadas específicamente para el uso de energía fueron pedidas prestadas de un experimento anterior. En el estudio actual, esta manera disminuyó uso de energía más que las fijaciones velocidad-optimizadas pero no aumentó velocidad tanto. Según lo previsto, la manera del placebo retrasó a participantes y reforzó su uso de energía.

Mejor, más rápido, más fuerte

Ahora que los investigadores han logrado tal ayuda importante de la velocidad, proyectan centrarse las versiones futuras del emulador del exoesqueleto del tobillo en reducir uso de energía constantemente a través de utilizadores, mientras que también siendo más cómodos.

En la consideración de más viejos adultos específicamente, Collins y su laboratorio se preguntan si los diseños futuros podrían reducir el dolor causado por peso en juntas o perfeccionar el balance. Proyectan conducto pruebas que recorren similares con más viejos adultos y esperar ésos ofrecen resultados encouraging también.

“Un aumento del 40 por ciento en velocidad es más que la diferencia entre adultos más jovenes y más viejos adultos,” dijo Collins. “Así pues, es posible que los dispositivos como esto podrían no sólo restablecer sino aumentar la velocidad que recorre autoseleccionada para más viejos individuos y ése es algo que nos excitan para probar después.”

Source:
Journal reference:

Song, S & Collins, S.H (2021) Optimizing exoskeleton assistance for faster self-selected walking. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. doi.org/10.1109/TNSRE.2021.3074154.