Badanie wspomagania egzoszkieletu biodrowego

Jednym ze znaczących wyzwań w osiąganiu społecznościowego poruszania się za pomocą egzoszkieletów jest zapewnienie adaptacyjnego systemu sterowania do wykonywania szerokiej gamy zadań lokomotorycznych. Obecnie wiele egzoszkieletów jest opracowywanych bez szczegółowego zrozumienia wpływu urządzenia na układ mięśniowo-szkieletowy człowieka. Celem badania jest zbadanie, w jaki sposób system sterowania wpływa na biomechanikę człowieka, w tym kinematykę, kinetykę i wzorce aktywacji mięśni. Poprzez optymalizację kontrolerów egzoszkieletu w oparciu o biomechanikę człowieka i dostosowanie sterowania w oparciu o zadanie, prace te będą w stanie zapewnić największe korzyści pacjentom i rozwinąć najnowocześniejsze egzoszkielety wspomagające staw biodrowy. Dużą populacją pacjentów, która mogłaby odnieść korzyści z technologii wspomagającej kończyny dolne, są osoby po udarze mózgu, czyli grupa, do której skierowana jest ta propozycja. Jedną z powszechnych cech osób po udarze, które odzyskują zdolność chodzenia, jest przeciążenie mięśni bioder z powodu dystalnego osłabienia. Badacze proponują użycie napędzanego egzoszkieletu biodrowego do wzmocnienia mięśni proksymalnych, które muszą wytwarzać znaczną moc wyjściową podczas większości czynności lokomocyjnych, takich jak wstawanie, chodzenie i wchodzenie po schodach lub pochyłościach. Innym aspektem biomechanicznym osób po udarze mózgu jest asymetryczny chód pod względem kinematyki, kinetyki i aktywacji mięśni. Zespół badawczy zbada, jaki rodzaj pomocy egzoszkieletu jest najbardziej korzystny dla osób, które przeżyły udar, w celu poprawy poruszania się w społeczności. Hipoteza jest taka, że ​​ponieważ chód jest asymetryczny, kontroler będzie musiał być asymetryczny, aby zapewnić optymalną pomoc w poruszaniu się. Długoterminowym celem badawczym grupy jest stworzenie egzoszkieletów z napędem wspomagającym, które mają wielką wartość dla osób z poważnymi niepełnosprawnościami kończyn dolnych poprzez poprawę wyników klinicznych, takich jak prędkość chodzenia i zdolność poruszania się w społeczności. Ogólnym celem proponowanego projektu jest zbadanie biomechanicznych skutków zastosowania egzoszkieletu stawu biodrowego z adaptacyjnymi kontrolerami do wspomagania osób po udarze z deficytami kończyn dolnych w celu poprawy ich zdolności poruszania się w społeczności. Główną hipotezą nadrzędną dla obu celów jest to, że kontrola egzoszkieletu, która dostosowuje się do terenu środowiskowego, poprawi wskaźniki mobilności dla użytkowników egzoszkieletu ludzkiego podczas zadań związanych z poruszaniem się w społeczności. Uzasadnieniem jest to, że ponieważ biomechanika człowieka zmienia się w zależności od zadania, kontrolerzy egzoszkieletu również muszą zoptymalizować poziomy pomocy, aby dopasować je do tego, co robi człowiek. Pierwszym celem proponowanego badania jest określenie korzyści płynących z kontroli egzoszkieletu, który dostosowuje się do środowiska w celu poprawy zdolności poruszania się społeczności. Zespół wcześniej zaprojektował i dokładnie przetestował autonomiczny egzoszkielet biodrowy u osób sprawnych fizycznie na bieżni. Badacze planują rozszerzyć swoje ramy kontrolne na chodzenie po ziemi i dostroić wielkość pomocy oraz poziomy synchronizacji, aby umożliwić efektywne poruszanie się po schodach i rampach w ich nowatorskim parku terenowym. Badacze planują porównać kontrolera, który dostosowuje swoją strategię pomocy w oparciu o zadanie lokomocji do kontrolera statycznego, a także nie nosi egzoszkieletu. Podstawowa hipoteza dotycząca tego celu jest taka, że ​​kontrola egzoszkieletu, która dostosowuje się do terenu środowiskowego, poprawi wskaźniki mobilności, takie jak szybkość wykonywania zadań przez użytkowników egzoszkieletu ludzkiego podczas zadań poruszania się w społeczności. Oczekiwanym rezultatem tych celów będzie lepsze zrozumienie efektów biomechanicznych i klinicznych stosowania wspomagania stawu biodrowego za pomocą zrobotyzowanego egzoszkieletu w zadaniach związanych z chodzeniem po społeczności, takich jak chodzenie po ziemi, rampy i schody. Ta praca posłuży jako podstawa do szerszych planowanych badań nad optymalizacją kontrolerów w celu poprawy biomechaniki osób z upośledzeniem chodu przy użyciu napędzanych autonomicznych egzoszkieletów biodrowych.