Undersøgelse af drevet hofteeksoskeletonassistance

En væsentlig udfordring i at opnå ambulation i lokalsamfundet med exoskeletter er at levere et adaptivt kontrolsystem til at udføre en bred vifte af lokomotoriske opgaver. Mange exoskeletoner udvikles i dag uden en detaljeret forståelse af enhedens effekt på det menneskelige bevægeapparat. Undersøgelsen er interesseret i at udforske spørgsmålet om, hvordan kontrolsystemet påvirker menneskets biomekanik, herunder kinematisk, kinetik og muskelaktiveringsmønstre. Ved at optimere exoskelet-controllere baseret på menneskelig biomekanik og tilpasse kontrol baseret på opgave, vil dette arbejde kunne give den største fordel for patienterne og fremme det avancerede med assisterende hofteeksoskeletter. En stor patientpopulation, der kunne drage fordel af hjælpeteknologi i underekstremiteterne, er slagtilfældeoverlevere, som er den specifikke befolkning, som dette forslag er rettet mod. Et almindeligt kendetegn for slagtilfældeoverlevere, som genvinder deres evne til at gå, er, at hoftemusklerne er overbelastet på grund af distal svaghed. Efterforskerne foreslår at bruge et drevet hofteeksoskelet til at forstærke deres proksimale muskulatur, som skal producere en betydelig effekt i de fleste bevægelsesaktiviteter såsom at stå op, gå og gå op ad trapper eller skråninger. Et andet biomekanisk aspekt af slagtilfældeoverlevere er en asymmetrisk gangart med hensyn til kinematik, kinetik og muskelaktiveringer. Forskerholdet vil undersøge, hvilken form for eksoskeletassistance, der er mest gavnlig for slagtilfældeoverlevere for at forbedre ambulationen i lokalsamfundet. Hypotesen er, at da gangarten er asymmetrisk, skal controlleren være asymmetrisk for at give optimal assistance til at hjælpe med mobilitet. Gruppens langsigtede forskningsmål er at skabe drevne hjælpemidler til eksoskeletoner, der er af stor værdi for personer med alvorlige handicap i underekstremiteterne ved at forbedre kliniske resultater såsom ganghastighed og ambulationsevne i lokalsamfundet. Det overordnede formål med det foreslåede projekt er at studere de biomekaniske virkninger af at bruge et hofteeksoskelet med adaptive controllere til at hjælpe slagtilfældeoverlevere med underekstremitetsmangel med at forbedre deres ambulationsevner i lokalsamfundet. Den centrale hypotese, der overordner begge mål, er, at exoskeletkontrol, der tilpasser sig miljømæssigt terræn, vil forbedre mobilitetsmålinger for menneskelige exoskeletbrugere på ambulationsopgaver i lokalsamfundet. Begrundelsen er, at da menneskets biomekanik ændrer sig baseret på opgave, skal exoskelet-controllere ligeledes optimere deres assistanceniveauer, så de matcher, hvad mennesket laver. Det første mål med den foreslåede undersøgelse er at bestemme fordelen ved eksoskeletkontrol, der tilpasser sig miljøet for at forbedre samfundets ambulationskapacitet. Holdet har tidligere designet og i vid udstrækning testet et autonomt hofteeksoskelet hos raske personer på et løbebånd. Efterforskerne planlægger at udvide deres kontrolramme til at gå over jorden og tune assistance størrelse og timing niveauer for at muliggøre effektiv bevægelse over trapper og ramper på deres nye terrænpark. Efterforskerne planlægger at sammenligne en controller, der tilpasser sin assistancestrategi baseret på bevægelsesopgave til en statisk controller samt ikke at bære eksoskelettet. Den primære hypotese for dette mål er, at eksoskeletkontrol, der tilpasser sig miljømæssigt terræn, vil forbedre mobilitetsmålinger såsom opgavegennemførelseshastighed for menneskelige eksoskeletbrugere på ambulationsopgaver i lokalsamfundet. Det forventede resultat af disse mål vil være en øget forståelse af de biomekaniske og kliniske effekter ved anvendelse af hofteassistance med et roboteksoskelet i ambulationsopgaver i lokalsamfundet, såsom gang over jorden, ramper og trapper. Dette arbejde vil tjene som en grundlæggende start for en bredere planlagt undersøgelse af optimering af controllere for at forbedre biomekanik hos gangbesværede ved hjælp af drevne hofte autonome eksoskeletoner.