Экзоскелеты лодыжки, разработанные исследователями из Стэнфордского университета, используют двигатели, чтобы дать дополнительную силу во время ходьбы.
Будущее помощи при ходьбе может быть связано не с тростью или ходунками, а с парой роботизированных экзоскелетных ботинок.
Это видение исследователей из лаборатории биомехатроники Стэнфордского университета, которые разработали свой первый экзоскелет, предназначенный для того, чтобы дать людям моторизованный толчок при ходьбе.
«Это настоящий Железный человек, — говорит Курт Хикман/Стэнфордский университет. «По сути, это моторизованная обувь… Заменив икроножную функцию мотором, мы действительно можем ускорить ваш шаг и помочь вам ходить легче и быстрее».
Экзоскелет надевается на ногу с помощью обычной обуви (хотя и оснащенной датчиками), которая крепится к голени с помощью скобы из углеродного волокна и проводов. Когда вы идете, двигатель позади голени наматывает трос, соединенный с обувью, что позволяет вам легче отталкиваться от земли.
Но дополнительный секрет этого экзоскелета заключается в том, что он учится тому, как вы ходите, чем дольше вы его носите. Система машинного обучения, встроенная в каждый ботинок, получает информацию от датчиков экзоскелета, чтобы понять, как движется ваша лодыжка и когда ваша нога соприкасается с землей. Затем он адаптирует двигатель и мощность, чтобы настроить подъемник в соответствии с вашей походкой.
Эта система машинного обучения была разработана с помощью «эмуляторов экзоскелета» в лаборатории биомехатроники. Эти системы, по сути, представляют собой большие экзоскелеты, постоянно установленные над беговыми дорожками в лаборатории, что позволяет исследователям тестировать различные варианты дизайна без необходимости физически создавать прототипы.
«Вы можете думать об этом как о системе виртуальной реальности для ваших ног», — говорит Стив Коллинз, доцент кафедры машиностроения в Стэнфорде и руководитель лаборатории. «Мы программируем в устройстве то, что, по нашему мнению, может помочь человеку, ставим эмулятор, они чувствуют, каково будет ходить с этим устройством. А потом, если поможет… дорабатываем конструкцию, а если нет, тогда мы бросаем это и пробуем что-то новое».
Всего за два-три шага я почувствовал, рассказывает тестировщик, как моторы на моих ногах включаются и начинают отрывать меня от земли. Я чувствовал себя не так, как Железный Человек (еще не взлетел в космос), а гораздо больше, как робот, управляющий моими ногами.
Не было никаких сомнений в том, что мой шаг стал пружинистым. Но проблема с привыканием к этим экзоскелетам была не в машине, а во мне. Мой мозг делал это сложнее, чем я думал. Точно так же, как потянув мышцу на ноге, вы можете бессознательно изменить походку, когда вы корректируете свою походку, чтобы компенсировать это, мои ноги и мой мозг не знали, что делать с этой внезапной новой помощью. Я начал ходить как робот. Я чувствовал себя Джеком Донахи из «Студия 30», когда он вдруг забывает, как двигаться, как нормальный человек.
По словам Патрика Слейда, несмотря на то, что экзоскелет быстро обучается, людям требуется больше времени. Пациенты и испытуемые обычно проходят обучение в лаборатории, и их телам и мозгам обычно требуется несколько часов, чтобы приспособиться к помощи. Я прошел это меньше чем за час.
Тем не менее, я мог абсолютно чувствовать разницу. И самое большое изменение произошло, когда я выключил ботинки. Внезапно мои ноги стали словно мертвым грузом — как будто я вытащил себя из бассейна и перешел от невесомости к ощущению полной силы гравитации.
Тестируя эти прототипы в течение дня, я получил реальное представление о том, насколько это исследование может изменить ситуацию. Слэйд и команда надеются, что такие вспомогательные устройства — высокотехнологичные носимые устройства, которые адаптируются к пользователям — могут помочь пожилым пациентам или людям с трудностями при ходьбе получить новый уровень мобильности, который идеально соответствует их потребностям.