Новый алгоритм помогает реабилитационным роботам двигаться естественно

Новый алгоритм помогает реабилитационным роботам двигаться естественно

07 Oct 2021
33
Прослушать

Ученые из Технологического института Шибаура в Японии разработали алгоритм управления реабилитационными роботами, который обеспечивает их естественное движение во время занятий с пациентами. Система управления учитывает углы, под которыми суставы человеческой руки естественным образом поворачиваются при выполнении различных действий, и не позволяет роботу пытаться сгибать суставы неестественным образом. Новое программное обеспечение снижает сложность и количество вычислений, необходимых для обеспечения безопасных и приемлемых движений для таких роботов.

Свое исследование японские ученые опубликовали в журнале Artificial Intelligence Review.

Восстановление движений и функций после инсульта может быть сложной задачей и требует обширной реабилитации, которая стоит дорого и занимает много времени. Технологии реабилитации развиваются, и вскоре может появиться множество систем, которые помогут физиотерапевтам легче проводить такую терапию. Одним из таких устройств является реабилитационный робот, который может направлять и помогать движениям руки во время занятий с пациентами.

Однако важно, чтобы такие роботы работали предсказуемо и безопасно. Перемещение руки в неестественное положение может вызвать дискомфорт или даже травму, особенно у людей с ограниченной подвижностью. Рука имеет лучезапястный, локтевой и плечевой суставы, и движение этих суставов под определенными углами описывает конкретное движение, например взятие предмета.   

В настоящее время большинство алгоритмов управления для таких устройств рассматривают конечное положение руки после выполнения конкретной задачи, а затем работают в обратном направлении, чтобы рассчитать необходимые углы в суставах для достижения этой цели. Математика, лежащая в основе таких расчетов, очень сложна, и на сегодняшний день такие алгоритмы управления не учитывают должным образом, являются ли углы поворота суставов, которые они предписывают роботу, нормальными для человеческих суставов.

Новое программное обеспечение, получившее название Differential Evolution with search space improvement (Pro-ISADE), учитывает выполнимость движений для человеческой руки. Поскольку количество допустимых движений меньше, это означает, что скорость вычислений алгоритма выше.  

На данный момент японские исследователи обучили алгоритм двум действиям, необходимым для повседневной жизни: выпить стакан воды и почистить зубы. Реабилитация с помощью роботов позволяет проводить тренировки с более высокой интенсивностью, большей продолжительностью и большим количеством повторений. Роботы для реабилитации верхних конечностей могут помочь пациентам после инсульта быстрее вернуться к повседневной жизни.