Powered Hip Exoskeleton Assistance Study

Eine wesentliche Herausforderung bei der Erzielung einer gemeinschaftlichen Fortbewegung mit Exoskeletten ist die Bereitstellung eines adaptiven Steuersystems, um eine Vielzahl von Bewegungsaufgaben zu erfüllen. Viele Exoskelette werden heute ohne ein detailliertes Verständnis der Wirkung des Geräts auf den menschlichen Bewegungsapparat entwickelt. Die Studie interessiert sich für die Erforschung der Frage, wie das Kontrollsystem die menschliche Biomechanik beeinflusst, einschließlich Kinematik, Kinetik und Muskelaktivierungsmuster. Durch die Optimierung von Exoskelettsteuerungen basierend auf der menschlichen Biomechanik und die Anpassung der Steuerung basierend auf der Aufgabe wird diese Arbeit den Patienten den größten Nutzen bringen und den Stand der Technik mit unterstützenden Hüft-Exoskeletten vorantreiben. Eine große Patientenpopulation, die von unterstützender Technologie für die unteren Extremitäten profitieren könnte, sind Schlaganfallüberlebende, die die spezifische Zielgruppe dieses Vorschlags sind. Ein gemeinsames Merkmal von Schlaganfallpatienten, die ihre Gehfähigkeit wiedererlangen, ist, dass die Hüftmuskulatur aufgrund einer distalen Schwäche überfordert ist. Die Forscher schlagen vor, ein angetriebenes Hüft-Exoskelett zu verwenden, um ihre proximale Muskulatur zu stärken, die bei den meisten Fortbewegungsaktivitäten wie Aufstehen, Gehen und Treppensteigen oder Abhängen eine erhebliche Leistungsabgabe erbringen muss. Ein weiterer biomechanischer Aspekt von Schlaganfall-Überlebenden ist ein asymmetrischer Gang in Bezug auf Kinematik, Kinetik und Muskelaktivierung. Das Forschungsteam wird untersuchen, welche Art von Exoskelett-Unterstützung für Schlaganfall-Überlebende am vorteilhaftesten ist, um die Mobilität in der Gemeinschaft zu verbessern. Die Hypothese ist, dass, da der Gang asymmetrisch ist, der Controller asymmetrisch sein muss, um eine optimale Unterstützung bei der Mobilität zu bieten. Das langfristige Forschungsziel der Gruppe ist die Entwicklung motorbetriebener unterstützender Exoskelette, die für Menschen mit schweren Behinderungen der unteren Extremitäten von großem Wert sind, indem sie klinische Ergebnisse wie Gehgeschwindigkeit und Gehfähigkeit in der Gemeinschaft verbessern. Das übergeordnete Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist die Untersuchung der biomechanischen Auswirkungen der Verwendung eines Hüft-Exoskeletts mit adaptiven Controllern zur Unterstützung von Schlaganfall-Überlebenden mit Defiziten in den unteren Extremitäten, um ihre Fähigkeiten zum Gehen in der Gemeinschaft zu verbessern. Die zentrale Hypothese, die beide Ziele überspannt, ist, dass die Exoskelettsteuerung, die sich an das Umgebungsgelände anpasst, die Mobilitätsmetriken für menschliche Exoskelettbenutzer bei Gehaufgaben in der Gemeinschaft verbessern wird. Da sich die menschliche Biomechanik je nach Aufgabe ändert, müssen Exoskelett-Controller ihre Unterstützungsstufen ebenfalls optimieren, um sie an das anzupassen, was der Mensch tut. Das erste Ziel der vorgeschlagenen Studie ist es, den Nutzen einer Exoskelett-Steuerung zu bestimmen, die sich an die Umgebung anpasst, um die Fähigkeit zum Gehen in der Gemeinschaft zu verbessern. Das Team hat zuvor ein autonomes Hüft-Exoskelett bei nicht behinderten Probanden auf einem Laufband entworfen und ausgiebig getestet. Die Ermittler planen, ihren Kontrollrahmen auf das Gehen über Grund auszudehnen und die Stärke und das Timing der Unterstützung abzustimmen, um eine effiziente Fortbewegung über Treppen und Rampen in ihrem neuartigen Geländepark zu ermöglichen. Die Forscher planen, einen Controller, der seine Assistenzstrategie basierend auf der Fortbewegungsaufgabe anpasst, mit einem statischen Controller zu vergleichen, der das Exoskelett nicht trägt. Die primäre Hypothese für dieses Ziel ist, dass die Exoskelettsteuerung, die sich an das Umgebungsgelände anpasst, die Mobilitätsmetriken wie die Geschwindigkeit der Aufgabenerfüllung für menschliche Exoskelettbenutzer bei Gehaufgaben in der Gemeinschaft verbessern wird. Das erwartete Ergebnis dieser Ziele wird ein besseres Verständnis der biomechanischen und klinischen Auswirkungen bei der Anwendung von Hüftunterstützung mit einem Roboter-Exoskelett bei Gehaufgaben in der Gemeinschaft wie oberirdischem Gehen, Rampen und Treppen sein. Diese Arbeit wird als grundlegender Start für eine breiter angelegte Studie zur Optimierung von Controllern dienen, um die Biomechanik bei Gehbehinderten unter Verwendung von angetriebenen autonomen Hüft-Exoskeletten zu verbessern.