Дослідження вивчає роботизовані екзоскелети та фізичну форму

Костюм з підтягнутим покриттям або укорочена футболка може виявитися не найстильнішим, але носіння їх навряд чи зашкодить більше вашої репутації. Однак невмілий робототехнічний екзоскелет на полі бою чи на фабриці може бути набагато більшою проблемою, ніж фальшивий мод.

Екзоскелети, багато з яких працюють від пружин або двигунів, можуть викликати біль або травми, якщо їх суглоби не узгоджуються з користувачем. Щоб допомогти виробникам та споживачам зменшити ці ризики, дослідники Національного інституту стандартів і технологій (NIST) розробили новий метод вимірювання, щоб перевірити, чи рухається екзоскелет та людина, що його носить, плавно та гармонійно.

У новому звіті дослідники описують оптичну систему відстеження (OTS), не на відміну від технік зйомки руху, які використовуються режисерами для втілення в життя персонажів, створених комп'ютером.

OTS використовує спеціальні камери, які випромінюють світло і фіксують те, що відбивається назад, сферичними маркерами, розташованими на об’єктах, що цікавлять. Комп'ютер обчислює положення мічених об'єктів у тривимірному просторі. Тут цей підхід використовувався для відстеження руху екзоскелету та тестових зразків, званих "артефактами", прикріпленими до його користувача.

"Кінцева мета — прив'язати ці артефакти до людини, надіти екзоскелет, порівняти різницю людини, яка носить ці артефакти, порівняно з екзоскелетом, і побачити, чи рухаються вони однаково", — сказав Роджер Бостельман, інженер-робототехнік NIST та головний автор дослідження. "Якщо вони рухаються узгоджено один з одним, то це правильно підходить. Якщо вони рухаються по-іншому, це не правильно, і ви можете визначити корективи звідти".

У новому дослідженні дослідники NIST мали на меті зафіксувати рух коліна — одного із відносно простих суглобів тіла, сказав Бостельман. Щоб оцінити невизначеність вимірювання їх нового підходу, вони побудували дві штучні ніжки як випробувальні шари. В одному було представлено протезне коліно, що не перебуває на полиці, а в іншому — коліно з 3-D друком, яке більш імітувало реальну річ. Металеві пластини також кріпилися до ніг за допомогою шнурів банджі, щоб зображувати екзоскелетні кінцівки або дослідні артефакти, прикріплені до тіла.

Після закріплення маркерів на ногах і пластинах, команда використовувала ОТС та цифровий транспортир для вимірювання кутів коліна протягом усього їхнього спектру руху. Порівнюючи два набори вимірювань, вони змогли визначити, що їх система здатна точно відстежувати положення ніг.

Тести також встановили, що їх система могла обчислити окремі рухи ніг та екзоскелетних пластин, що дозволило дослідникам показати, наскільки тісно вирівняні обидві під час руху.

Для адаптації їх методу до ноги фактичної особи команда розробила та 3-D-друковані регульовані артефакти, які — як колінні дужки — підходять до стегна та гомілки користувача. На відміну від шкіри, яка зміщується через власну еластичність та стискання м’язів під ними, або одяг, щільний для шкіри, який може бути незручним для деяких, ці артефакти пропонують жорстку поверхню, щоб стабільно та послідовно розміщувати маркери на різних людей, сказав Бостельман.

Команда встановила артефакти на колінах і екзоскелет з повним тілом, гарнізований світловідбиваючими маркерами, на Бостельман. Коли ОТС пильно стежив за ногами, він приступив до виконання декількох наборів присідань.

Тести показали, що більшу частину часу нога Бостельмана та екзоскелет рухалися в гармонії. Але ненадовго його тіло рухалося, поки екзоскелет не робив. Ці паузи можна було б пояснити тим, як працює цей екзоскелет.

Щоб забезпечити додаткову міцність, він використовує пружини, які замикаються і розмикаються під час руху людини. Екзоскелет призупиняється, коли пружини зміщують режими, проте тимчасово протистоять руху користувача. Виявивши нюанси функції екзоскелету, новий метод вимірювання продемонстрував свою увагу до деталей.

Самі необроблені дані не завжди виявляють, чи підходить адекватність. Для підвищення точності їх методу Бостельман та його команда також використовуватимуть обчислювальні алгоритми для аналізу позиційних даних.

"Наступними кроками є розробка артефактів для руки, для стегна та в основному для всіх суглобів, яким цей екзоскелет повинен відповідати, а потім проводити подібні тести", — сказав Бостельман.

Facebook Comments