Když byl Conor Walsh postgraduálním studentem na MIT, působil jako zkušební pilot pro exoskeletonský program svého profesora. Výkonné, tuhé zařízení bylo náročné na nošení a práci s ním, kvůli způsobu, jakým muselo být v kontaktu s tělem, a nutilo tělo uživatele, aby vyhovovalo struktuře zařízení, spíše než naopak.
Nakonec se Walsh přestěhoval do Harvardu a začal svůj vlastní výzkum. Udělal však smysl pro práci na měkkých, poddajných systémech, které napomáhají lokomoce. Po pěti letech práce jeho obleky pomohly chodcům pohybovat se o 20 až 25 procent efektivněji, podle jeho výzkumu, publikovaného nedávno v Science Robotics .
"Přístup, který používáme, a spousta dalších skupin se také začíná ubírat, můžete poskytnout malou až střední pomoc, ale prostřednictvím velmi lehké a neomezující platformy?" Říká Walsh.
Přístroj je založen na kabelu, který napomáhá pohybu dvou různých kloubů, kotníku a kyčle. Uživatel nosí postroj kolem pasu a z tohoto postroje se rozprostírají popruhy do výztuh kolem každého tele. Kabel vede od paty k řemenici u lýtka a poté k malému motoru. (Prozatím ponechal motor a zdroj energie namontovaný jinde, aby zjednodušil studii.)
Gyroskopické senzory namontované na chodidlech posílají data do mikrokontroléru, který interpretuje krok chodce a zapojí motor ve vhodnou dobu. Když se motor navíjí do kabelu, zatáhne za patu a napomůže kroku (tzv. Plantární flexe). Pásový pás slouží dvěma účelům; působí jako podpěra, takže tele nemusí vyvíjet tolik tlaku, ale také nabízí asistenci kyčelnímu kloubu, protože síla z řemenice je přenášena nahoru přes popruhy.
Walsh a jeho spolupracovníci provozovali aparát na čtyřech různých úrovních výkonu, aby zjistili, co bylo nejúčinnější.
"Hlavním cílem této studie bylo podívat se na to, jak zvyšujeme množství pomoci, kterou poskytujeme osobě ... jaké druhy odpovědí vidíme od osoby?" Říká Walsh.
Zjistili, že i při nejvyšší úrovni asistence (měřeno silou aplikovanou jako procento tělesné hmotnosti, maximalizující se na 75 procent) neviděli žádnou plošinu; účinnost měřená množstvím kyslíku, který účastníci použili při chůzi, neustále stoupala.
"Jeho údaje naznačují, že když se budete neustále snažit přidat další pomoc, nemusí existovat žádná hranice, žádná hranice toho, jak bychom mohli vylepšit plynu najetých kilometrů, pokud chcete, " říká Greg Sawicki. Sawicki také pracuje v pomocných exosuitsch, jako docent biomedicínského inženýrství na University of North Carolina. Jeho zařízení jsou založena na malém, lehkém pevném exoskeletu - někdy poháněném, někdy ovládaném pružinou -, který zapadá kolem kotníku.
"V našich studiích jsme našli jiný výsledek, což znamená, že často dochází ke snižování výnosů, " říká. "Děláte dobře až do určitého bodu pomoci, a pokud dáte příliš mnoho, účinnost systému člověk-stroj začne klesat." Má podezření, že nějaký rozdíl je způsoben Walshovou multiartikulární architekturou a jak zahrnuje pohyb kyčle.
Práce Walsha a Sawickiho byla aplikována v oblasti medicíny a pomáhá obětem mrtvice nebo pacientům s roztroušenou sklerózou nebo jinými zraněními a nemocemi souvisejícími s věkem ke zvýšení jejich mobility. Walsh spolupracuje s firmou ReWalk Robotics na vývoji systémů pro tyto aplikace. Ale je tu druhá důležitá aplikace, která Walshovi pomohla získat financování DARPA: Vojáci schlepping těžkého vybavení by mohli jednoho dne použít obleky, jako jsou tyto, aby jim pomohli jít dál, nosit více a zažít méně únavy.
Ve snaze dosáhnout obou cílů Walsh zdokonaloval textilie, ovládací systémy a ovladače, aby byly takové obleky realističtější mimo laboratoř. "Pokroky v této oblasti přicházejí díky spolupráci s lidmi, kteří rozumí člověku, fyziologii, biomechanice a lidem, kteří rozumí robotice a technologickému aspektu, " říká. Jedná se o mezioborový přístup, který zahrnuje design a ergonomii, ale také biomechaniku, softwarové inženýrství a robotiku. Každý chodí trochu jinak, takže systém musí být alespoň částečně přizpůsobitelný. A pak je tu váha.
"Největší výzvou je hustota výkonu při ovládání, " říká Sawicki a zdůrazňuje, že namontování baterií a motorů na chodítko namísto vzdáleně na blízkém stojanu, jak to udělal Walsh, by mohlo snížit účinnost. Dokud se technologie baterií a motorů nezlepší, jakékoli zvýšení výkonu vyžaduje zvýšení hmotnosti, kompromis, který je prozatím neodmyslitelnou součástí všech takových chodců. "Existuje základní pravidlo, že pokud chcete být silnější, musíte být těžší, pokud jde o motory."
