Исследователи достигли значительного прогресса в робототехнике, воспроизведя человеческую ходьбу с переменной скоростью, используя модель опорно-двигательного аппарата. Эта модель, управляемая с помощью рефлекторного метода управления, аналогичного нервной системе человека, расширяет наше понимание передвижения человека и устанавливает новые стандарты для робототехнических технологий.
В исследовании использовался инновационный алгоритм для оптимизации энергоэффективности при различных скоростях ходьбы. Этот прорыв открывает путь для будущих инноваций в области двуногих роботов, протезов и экзоскелетов с электроприводом.
Обычно мы не думаем об этом, пока делаем это, но ходьба — сложная задача. Под контролем нашей нервной системы наши кости, суставы, мышцы, сухожилия, связки и другая соединительная ткань (т. е. скелетно-мышечная система) должны двигаться согласованно и высокоэффективно реагировать на неожиданные изменения или нарушения с различной скоростью. Повторить это в робототехнических технологиях – непростая задача.
Теперь исследовательская группа из Высшей инженерной школы Университета Тохоку воспроизвела человеческую ходьбу с переменной скоростью, используя модель опорно-двигательного аппарата, управляемую с помощью метода рефлекторного контроля, отражающего человеческую нервную систему. Этот прорыв в биомеханике и робототехнике устанавливает новый стандарт в понимании движений человека и открывает путь для инновационных робототехнических технологий.
Подробности исследования опубликованы в научном журнале PLoS Computational Biology.
«Наше исследование решило сложную задачу воспроизведения эффективной ходьбы с различной скоростью – краеугольного камня механизма ходьбы человека», – отмечает соавтор исследования Дай Оваки.
«Эти открытия имеют решающее значение для расширения границ понимания человеческого передвижения, адаптации и эффективности».
Достижение произошло благодаря инновационному алгоритму. Алгоритм вышел за рамки традиционного метода наименьших квадратов и помог разработать модель нейронной цепи, оптимизированную для повышения энергоэффективности при различных скоростях ходьбы.
Интенсивный анализ этих нейронных цепей, особенно тех, которые контролируют мышцы в фазе качания ног, выявил важные элементы энергосберегающих стратегий ходьбы. Эти открытия расширяют наше понимание сложных механизмов нейронных сетей, которые лежат в основе человеческой походки и ее эффективности.
Оваки подчеркивает, что знания, полученные в ходе исследования, помогут заложить основу для будущих технологических достижений.
«Успешная имитация ходьбы с переменной скоростью в модели скелетно-мышечной системы в сочетании со сложной нейронной схемой знаменует собой важнейший прогресс в слиянии нейробиологии, биомеханики и робототехники. Это произведет революцию в проектировании и разработке высокопроизводительных двуногих роботов, современных протезов конечностей и современных экзоскелетов».
Такие разработки могут улучшить решения в области мобильности для людей с ограниченными возможностями и продвинуть роботизированные технологии, используемые в повседневной жизни.
Заглядывая в будущее, Оваки с соавторами надеются еще больше усовершенствовать структуру рефлекторного контроля, чтобы воссоздать более широкий диапазон скоростей и движений человека. Ученые также планируют применить идеи и алгоритмы исследования для создания более адаптивных и энергоэффективных протезов, электрокостюмов и двуногих роботов. Это включает в себя интеграцию идентифицированных нейронных цепей в эти приложения для повышения их функциональности и естественности движений.
Авторы другого исследования утверждают, что походка может указывать на агрессивную личность