Носимый робот, помогающий людям ходить
Ученые из университета Чунг-Анг в Южной Корее недавно представили новое носимое роботизированное устройство, разработанное специально для помощи людям, испытывающим трудности при ходьбе из-за старения, мышечной слабости, операций или специфических медицинских состояний. Этот робот, представленный в статье, опубликованной в журнале Science Robotics, как выяснилось, улучшает равновесие, а также снижает затраты энергии при ходьбе (так называемые метаболические затраты).
"На создание нашей недавней работы нас вдохновило то, что большинство носимых роботов для помощи при ходьбе ориентированы исключительно на движения в сагиттальной плоскости, — рассказал Джук Ли, один из ученых, проводивших исследование. — Однако ходьба по своей сути является трехмерной деятельностью, и движения в других плоскостях не менее важны".
В отличие от других роботизированных систем для помощи при отведении бедра, предложенных в прошлом, новый робот фокусируется на фронтальной плоскости. Это передняя часть человеческого тела, которая, как известно, поддерживает движения и боковую устойчивость при ходьбе.
Основное предположение ученых заключается в том, что метаболические затраты при ходьбе могут быть снижены с помощью носимых роботов, имитирующих естественный момент абдукции бедра. Это движение ноги в сторону от средней линии тела, которое поддерживает ходьбу и многие другие действия, выполняемые человеком каждый день. Когда человек идет вперед, центр масс тела естественным образом смещается из стороны в сторону, чтобы сохранить равновесие — этот процесс известен как восстановление. Во время этой фазы восстановления задействуются мышцы абдукции бедра. Новое устройство помогает этим мышцам, облегчая пользователю восстановление центра масс с меньшими усилиями.
Ли и его коллеги оценивали работу своего робота как в симуляциях, так и в реальных экспериментах. Результаты этих испытаний оказались весьма многообещающими: робот снизил метаболические затраты при ходьбе на 11,6% по сравнению с обычной ходьбой без посторонней помощи, а также улучшил баланс и устойчивость.
По сути, робот для помощи при абдукции бедра влияет на движения бедер и ног, которые, как известно, поддерживают ходьбу. Его уникальная конструкция позволяет ему эффективно "заменить" часть усилий, которые человек обычно прилагает при ходьбе.
"Наше исследование демонстрирует значительную роль боковой помощи в повышении эффективности ходьбы за счет более эффективного переноса центра масс тела с одной ноги на другую, — говорят разработчики. — Этот вывод особенно обнадеживает людей с пониженной мышечной силой, предлагая новое направление для механизмов поддержки. В дальнейшем будет важно изучить, как боковая помощь может помочь людям с ограниченной подвижностью, потенциально меняя стратегии реабилитации и поддержки".
В будущем роботизированная система, разработанная группой ученых, может быть усовершенствована и, в конечном счете, коммерциализирована, поддерживая как реабилитацию, так и повседневное использование. Робот может оказаться полезным для пожилых людей, пациентов, перенесших операции на ноге или бедре, и других людей, испытывающих трудности при ходьбе.
