Estudo de Assistência de Exoesqueleto de Quadril Motorizado

Um desafio significativo para alcançar a deambulação comunitária com exoesqueletos é fornecer um sistema de controle adaptativo para realizar uma ampla variedade de tarefas locomotoras. Muitos exoesqueletos hoje são desenvolvidos sem uma compreensão detalhada do efeito do dispositivo no sistema músculo-esquelético humano. O estudo está interessado em explorar a questão de como o sistema de controle afeta a biomecânica humana, incluindo cinemática, cinética e padrões de ativação muscular. Ao otimizar os controladores de exoesqueleto com base na biomecânica humana e adaptar o controle com base na tarefa, este trabalho poderá fornecer o maior benefício aos pacientes e avançar no estado da arte com exoesqueletos de quadril assistivos. Uma grande população de pacientes que poderia se beneficiar da tecnologia assistiva de membros inferiores são os sobreviventes de AVC, que é a população específica a que esta proposta se destina. Uma característica comum dos sobreviventes de AVC que recuperam a capacidade de andar é que os músculos do quadril são sobrecarregados devido à fraqueza distal. Os pesquisadores propõem usar um exoesqueleto de quadril motorizado para aumentar sua musculatura proximal, que precisa produzir uma potência significativa na maioria das atividades de locomoção, como levantar-se, caminhar e subir escadas ou ladeiras. Outro aspecto biomecânico dos sobreviventes de AVC é uma marcha assimétrica em termos de cinemática, cinética e ativações musculares. A equipe de pesquisa examinará que tipo de assistência de exoesqueleto é mais benéfica para sobreviventes de derrame para melhorar a deambulação da comunidade. A hipótese é que, como a marcha é assimétrica, o controlador precisará ser assimétrico para fornecer assistência ideal para auxiliar na mobilidade. O objetivo de pesquisa de longo prazo do grupo é criar dispositivos de exoesqueletos de assistência motorizados que sejam de grande valor para indivíduos com deficiências graves nos membros inferiores, melhorando os resultados clínicos, como velocidade de caminhada e capacidade de deambulação comunitária. O objetivo geral do projeto proposto é estudar os efeitos biomecânicos do uso de um exoesqueleto de quadril com controladores adaptativos para auxiliar sobreviventes de AVC com déficits de membros inferiores para melhorar suas capacidades de deambulação na comunidade. A hipótese central que abrange ambos os objetivos é que o controle do exoesqueleto que se adapta ao terreno ambiental melhorará as métricas de mobilidade para usuários de exoesqueleto humano em tarefas de deambulação comunitária. A lógica é que, como a biomecânica humana muda com base na tarefa, os controladores do exoesqueleto também precisam otimizar seus níveis de assistência para corresponder ao que o humano está fazendo. O primeiro objetivo do estudo proposto é determinar o benefício do controle do exoesqueleto que se adapta ao ambiente para melhorar a capacidade de deambulação da comunidade. A equipe já projetou e testou extensivamente um exoesqueleto de quadril autônomo em indivíduos sem deficiência em uma esteira. Os investigadores planejam estender sua estrutura de controle para caminhar sobre o solo e ajustar a magnitude da assistência e os níveis de tempo para permitir uma locomoção eficiente em escadas e rampas em seu novo parque de terreno. Os investigadores planejam comparar um controlador que adapta sua estratégia de assistência baseada na tarefa de locomoção a um controlador estático, além de não usar o exoesqueleto. A principal hipótese para esse objetivo é que o controle do exoesqueleto que se adapta ao terreno ambiental melhorará as métricas de mobilidade, como a velocidade de conclusão de tarefas para usuários de exoesqueleto humano em tarefas de deambulação comunitária. O resultado esperado desses objetivos será uma maior compreensão dos efeitos biomecânicos e clínicos na aplicação da assistência do quadril com um exoesqueleto robótico em tarefas de deambulação comunitária, como caminhada no solo, rampas e escadas. Este trabalho servirá como um começo fundamental para um estudo planejado mais amplo de otimização de controladores para melhorar a biomecânica em deficientes motores usando exoesqueletos autônomos de quadril.