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返回两足动物机动性的有希望的一步:旨在恢复因脊髓损伤和中风而导致行走不足的人的自然和稳定的运动
2020年10月21日    阅读量:3196     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

这项名为RoAM(机器人辅助移动性)的计划将机器人辅助设备(包括外骨骼和假肢)与注入了人工智能(AI)的神经控制相结合。


RoAM计划结合了两位Caltech机器人专家的研究成果:Aaron Ames,他创建了使两足机器人能够行走的算法,并将其转换为外骨骼和假肢的运动。


乔尔·伯迪克(Joel Burdick)的经皮脊柱植入物已经在临床试验中帮助截瘫患者恢复了一些腿部功能,并且至关重要的是恢复了躯干控制能力中国机械网okmao.com


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许多机器人公司已经开始制造外骨骼,即可以将人绑在身上的具有机械腿的设备,以为腰部以下瘫痪的人提供移动性。问题在于所有当前设备都需要使用拐杖来保持稳定性。


“很难以稳定的方式实现双足步行,”工程与应用科学系的布伦大学机械与工程与控制与动力学系统教授埃姆斯说。“拐杖可以帮助外骨骼的使用者保持直立,但是却削弱了直立运动原本可以提供的许多健康益处。此外,它们不允许使用者在行走时用手做任何其他事情。”


这是Ames和Burdick的作品出现的地方。


Ames建立了允许双足机器人行走的程序,通过应用非线性控制理论中的方法使其稳定。他的方法使人形机器人能够高效行走,并具有诸如跑步和跳跃之类的动态行为。与法国外骨骼制造商Wandercraft及其密歇根大学的同事Jessy Grizzle合作,艾姆斯将这些方法从机器人转化为动力下半身外骨骼。


最终结果是截瘫患者无需拐杖即可使用的第一个动态步行外骨骼。艾姆斯说,这有可能使截瘫患者免提移动。将来,将他的工作与脊柱刺激相结合将使用户和设备之间获得直接反馈。


听听亚伦·埃姆斯(Aaron Ames)和乔尔·伯迪克(Joel Burdick)谈谈他们在RoAM方面的工作。


同时,加州理工学院(Caltech)为NASA管理的Burdick,Richard L.和Dorothy M. Hayman机械工程与生物工程学教授以及JPL的研究科学家一直在开发脊柱植入物,这些植入物在临床试验中为穿戴者恢复了一些下半身功能。

 

该植入物是与加州理工学院生物医学工程师Yu-Chong Tai,电机工程和医学工程学的Anna L.Rosen教授以及计算和数学科学助理教授AI专家Yisong Yue共同开发的,可为周围的硬膜外腔提供电刺激。


使用AI实时了解刺激方式,从而为佩戴者带来最佳效果,同时降低脊髓下部。在UCLA的临床试验中,假肢使瘫痪的佩戴者一次最多站立20分钟,并自愿移动脚趾,脚踝,膝盖和臀部。


测试脊椎刺激器的一位参与者也碰巧拥有一个外骨骼,因此三年前,研究人员在加州大学洛杉矶分校的一项试验中一起测试了这两种技术。他们发现,当打开脊柱刺激器时,外骨骼需要的能量只有关闭刺激器时移动的一半。


伯迪克说:“有了刺激器和外套,他几乎可以自己踩踏了。” “那项早期研究很有希望。”


RoAM计划将使用位于加州理工学院的Wandercraft Atalante模型外骨骼探索注入AI的脊髓刺激的交叉点。“


 Atalante外骨骼和我们为其创建的行走算法已经足够好,可以使用户无需拐杖就能动态行走,” Ames说。“ RoAM计划将使他们使用更少的功率并实现各种不同的动态步行行为,从而改善用户的日常生活。”


最终,RoAM计划将超越外骨骼,探索恢复移动性的方法。艾姆斯(Ames)开发的动态步行算法已被翻译成他实验室中定制的假肢,包括膝盖以上截肢者的动力腿。此外,还将开发软外骨骼或外衣,以帮助那些没有麻痹但行动不便的人稳定步态。


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