Фраза “роботизированный экзоскелет”, вероятно, вызывает в памяти что-то металлическое, жесткое и шарнирное. Мы могли бы вспомнить костюм Железного человека или десятки других подобных устройств, которые появляются на экране, в видеоиграх и даже на красной дорожке. Однако исследователи из Университета Нотр-Дам работают над тем, чтобы показать, что для многих реальных приложений есть смысл изучить более мягкую сторону робототехники.
«Мягкие экзоскелеты могут помочь решить несколько инженерных задач”, — объясняет Маргарет Коад, чья лаборатория недавно опубликовала статью о мягком роботизированном экзоскелете, предназначенном для ношения на запястье.
“Ключевой проблемой при разработке экзоскелета является то, как избежать смещения корпуса и устройства”, — говорит она. “Мягкие экзоскелеты справляются с этой проблемой легче, чем их жесткие аналоги. Наш дизайн демонстрирует, как мягкие приводы — в отличие от традиционных двигателей — позволяют создать очень легкое и удобное носимое устройство”.
Коад, доцент кафедры аэрокосмической промышленности и машиностроения, разработал дизайн вместе с докторанткой Каталин Шеффер. В прототипе пары используются четыре мягких привода, расположенных вокруг запястья — один спереди, один сзади и по одному с каждой стороны.
Приводы надуваются и внешне напоминают воздушные шары для моделирования, которые используются для придания фигурам животных. Однако приводы Coad не прорезинены; они изготовлены из чрезвычайно прочной, воздухонепроницаемой нейлоновой ткани сложной структуры. Каждый привод простирается от точки крепления на предплечье до точки на кисти ниже пальцев.
“Этот тип мышц не только легкий, прочный и подвижный, он также может проявлять невероятную силу при быстром реагировании на воздействия. Мы все еще изучаем все возможности применения и преимущества, которые это открывает».
Благодаря точно контролируемому надуванию и сдуванию, мягкие приводы напрягаются и расслабляются подобно мышцам. Когда каждый привод наполняется воздухом (сгибается), он притягивает запястье к себе. Когда он сдувается (расслабляется), оно позволяет запястью двигаться в сторону. Специально разработанная программа координирует работу мышц, которые позволяют запястью двигаться во всех направлениях с поддержкой со всех сторон.
Одними из первых, кто попробовал новый экзоскелет, были сенаторы США. Сразу после публикации своей статьи Коуд и Шеффер отправились в Вашингтон, округ Колумбия, где продемонстрировали свой прототип на демонстрационном дне робототехники в Сенате.
Сенатор США Тодд Янг на Дне робототехники Сената в 2024 году
Шеффер (стоя, слева) и Коад (стоя, справа) демонстрируют свой роботизированный экзоскелет с мягкими запястьями для сенатора США Тодда Янга (сидя).
Коад говорит, что она гордилась тем, что на сегодняшних демонстрациях основное внимание уделялось мягким роботам. «Мягкая робототехника позволяет нам переосмыслить, каким должно быть тело робота», — говорит она. — Это помогает нам расширить возможности роботов, используя новые материалы и механизмы для создания движения и силы”.
Коад отмечает, что мягкие экзоскелеты не только избавляют от дискомфорта из-за веса, жесткости и несоосности суставов, но и обладают дополнительным преимуществом: они, как правило, недорогие. В то время как существующие экзоскелеты для верхних конечностей стоят десятки тысяч долларов, носимая часть костюма обходится всего в 134 доллара за вычетом внешних компонентов и источника сжатого воздуха, которые питают его.
По словам Коуда, недорогие конструкции важны, потому что они могут помочь большему числу людей быстрее использовать преимущества роботизированных экзоскелетов на руках — или, скорее, на конечностях. Это относится к одной из первых групп, которые воспользовались преимуществами новой конструкции: людям, перенесшим инсульт. Компания Schäffer изучает способы, с помощью которых устройство может помочь им в реабилитации и расширить диапазон движений. Доступность устройства в сочетании с его портативностью означает, что люди, перенесшие инсульт, смогут пользоваться им дома, не прибегая к посещению лечебных учреждений.
Коуд и Шеффер говорят, что их первое устройство, ориентированное на запястье, послужило испытательным полигоном, но, по их словам, в настоящее время разрабатываются новые конструкции для других частей тела. Они предполагают, что это устройство поможет уменьшить болезненность или скованность движений и дополнит традиционную трудотерапию. Устройство также может помочь в выполнении повторяющихся движений или даже поднятии тяжестей.
Как отмечает Коад, “Мышцы этого типа не только легкие, прочные и гибкие; они также могут проявлять невероятную силу при быстром реагировании на воздействие. Мы все еще изучаем все возможности применения и преимущества, которые это открывает».
Если Вам понравилась статья, просим поставить лайк и подписаться. Еще больше интересных и полезных статей вы можете прочитать - в нашем канале в Телеграм, и на сайте издательства "МЕДИК" medik.press. Будьте здоровы!
Источник: Университет Нотр-Дам