Όταν ο Conor Walsh ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής στο MIT, ενήργησε ως δοκιμαστής πιλότος για το πρόγραμμα εξωσκελετών του καθηγητή του. Η ισχυρή, άκαμπτη συσκευή ήταν πρόκληση για να φορέσει και να εργαστεί με, λόγω του τρόπου που έπρεπε να διασυνδέεται με το σώμα, αναγκάζοντας το σώμα του χρήστη να συμμορφωθεί με τη δομή της συσκευής, και όχι το αντίστροφο.
Τελικά, ο Ουαλς μετακόμισε στο Χάρβαρντ και ξεκίνησε τη δική του έρευνα. Ωστόσο, έκανε λόγο για να εργαστεί σε μαλακά, εύκαμπτα συστήματα για να βοηθήσει την μετακίνηση. Μετά από πέντε χρόνια εργασίας, οι κοστούμιές του βοήθησαν τους περιπατητές να κινηθούν 20 με 25 τοις εκατό πιο αποτελεσματικά, σύμφωνα με την έρευνά του που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Science Robotics .
"Η προσέγγιση που παίρνουμε και μια ομάδα άλλων ομάδων αρχίζουν επίσης να παίρνουν, μπορείς να παραδώσεις μικρές έως μέτριες βοήθειες, αλλά μέσα από μια πολύ ελαφριά και μη περιοριστική πλατφόρμα;" λέει ο Walsh.
Η συσκευή βασίζεται σε ένα καλώδιο, το οποίο βοηθά στην υποβοήθηση της κίνησης δύο διαφορετικών αρθρώσεων, του αστραγάλου και του ισχίου. Ο χρήστης φοράει μια πλεξούδα γύρω από τη μέση και οι ιμάντες εκτείνονται από αυτήν την πλεξούδα σε τιράντες γύρω από κάθε μόσχο. Ένα καλώδιο τρέχει από τη φτέρνα μέχρι μια τροχαλία στο μοσχάρι, και έπειτα σε ένα μικρό μοτέρ. (Προς το παρόν, έχει κρατήσει τον κινητήρα και την πηγή ενέργειας τοποθετημένη αλλού, ως ένας τρόπος απλοποίησης της μελέτης.)
Γυροσκοπικοί αισθητήρες τοποθετημένοι στα πόδια στέλνουν δεδομένα σε έναν μικροελεγκτή, ο οποίος ερμηνεύει το βηματισμό του περιπατητή και εμπλέκει τον κινητήρα στην κατάλληλη στιγμή. Καθώς ο κινητήρας στρέφεται στο καλώδιο, σφίγγει στη φτέρνα, βοηθώντας το βήμα (που ονομάζεται πελματική κάμψη). Η ζώνη μέσης εξυπηρετεί δύο σκοπούς. λειτουργεί ως στήριγμα, οπότε ο μόσχος δεν χρειάζεται να ασκεί τόσο μεγάλη πίεση, αλλά προσφέρει επίσης βοήθεια στην άρθρωση του ισχίου, καθώς η δύναμη από την τροχαλία μεταφέρεται προς τα πάνω μέσω των ιμάντων.
Ο Walsh και οι συνάδελφοί του έτρεξαν τη συσκευή σε τέσσερα διαφορετικά επίπεδα ισχύος για να δουν τι ήταν η πιο αποδοτική.
"Ο κύριος στόχος αυτής της μελέτης ήταν να εξετάσουμε, καθώς αυξάνουμε το ποσό της βοήθειας που προσφέρουμε στο άτομο ... ποιες είναι οι απαντήσεις που βλέπουμε από το άτομο;" λέει ο Walsh.
Αυτό που βρήκαν ήταν, ακόμη και στο υψηλότερο επίπεδο βοήθειας (που μετρήθηκε από τη δύναμη που εφαρμόστηκε ως ποσοστό του σωματικού βάρους, μέγιστο στο 75 τοις εκατό), δεν είδαν οροπέδιο. η αποτελεσματικότητα, όπως μετράται με την ποσότητα οξυγόνου που χρησιμοποιούν οι συμμετέχοντες κατά το περπάτημα, συνέχισε να ανεβαίνει.
"Αυτό που δείχνουν τα δεδομένα του είναι ότι, όταν συνεχίζετε να προσπαθείτε να προσθέσετε περισσότερη βοήθεια, ίσως να μην υπάρχει όριο, κανένα όριο για το πόσο θα μπορούσαμε να βελτιώσουμε τα χιλιόμετρα αερίου ενός ατόμου, αν θέλετε", λέει ο Greg Sawicki. Ο Sawicki εργάζεται επίσης σε αναρριχητικά βοηθήματα, ως αναπληρωτής καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας. Οι συσκευές του βασίζονται σε ένα μικρό, ελαφρύ άκαμπτο εξωσκελετό - μερικές φορές τροφοδοτείται, μερικές φορές ενεργοποιείται από ένα ελατήριο - που ταιριάζει γύρω από τον αστράγαλο.
"Στις μελέτες μας, βρήκαμε ένα διαφορετικό αποτέλεσμα, το οποίο είναι ότι συχνά μειώνονται οι αποδόσεις", λέει. "Κάνετε καλά μέχρι ένα συγκεκριμένο σημείο βοήθειας και στη συνέχεια, εάν δώσετε πάρα πολλά, η αποτελεσματικότητα του συστήματος ανθρώπινων μηχανών αρχίζει να μειώνεται". Υποψιάζεται ότι κάποια από τη διαφορά οφείλεται στην πολυ-αρθρική αρχιτεκτονική του Walsh και πως ενσωματώνει την κίνηση του ισχίου.
Το έργο του Walsh και του Sawicki έχει εφαρμοστεί στον ιατρικό τομέα, βοηθώντας τα θύματα του εγκεφαλικού επεισοδίου ή τους ασθενείς με σκλήρυνση κατά πλάκας ή άλλους τραυματισμούς και ασθένειες που συνδέονται με την ηλικία, ώστε να αυξηθεί η κινητικότητά τους. Η Walsh συνεργάζεται με την Robotics ReWalk για την ανάπτυξη συστημάτων για αυτές τις εφαρμογές. Υπάρχει όμως μια δεύτερη σημαντική εφαρμογή, η οποία βοήθησε τον Walsh να λάβει χρηματοδότηση από το DARPA: Οι στρατιώτες που εγκλωβίζουν βαριά εργαλεία θα μπορούσαν μία μέρα να χρησιμοποιήσουν κοστούμια όπως αυτά για να τους βοηθήσουν να περπατήσουν μακρύτερα, να φέρουν περισσότερα και να έχουν λιγότερη κόπωση.
Επιδιώκοντας και τους δύο στόχους, η Walsh έχει εξευγενίσει τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, τα συστήματα ενεργοποίησης και τους ελεγκτές, για να κάνουν αυτά τα κοστούμια πιο ρεαλιστικά έξω από το εργαστήριο. "Οι πρόοδοι σε αυτό το πεδίο προέρχονται από συνεργασίες με ανθρώπους που καταλαβαίνουν τον άνθρωπο, τη φυσιολογία, τη βιομηχανία και τους ανθρώπους που καταλαβαίνουν τη ρομποτική και την τεχνολογική πτυχή", λέει. Πρόκειται για μια διεπιστημονική προσέγγιση που χαρακτηρίζει το σχεδιασμό και την εργονομία, αλλά και τη βιομηχανική, τη μηχανική λογισμικού και τη ρομποτική. Όλοι περπατούν λίγο διαφορετικά, οπότε το σύστημα πρέπει να είναι τουλάχιστον μερικώς προσαρμόσιμο. Και τότε υπάρχει το βάρος.
"Η μεγαλύτερη πρόκληση είναι η πυκνότητα ισχύος της ενεργοποίησης", λέει ο Sawicki, επισημαίνοντας ότι η τοποθέτηση των μπαταριών και των κινητήρων στον περιπατητή, αντί να απομακρύνονται σε κοντινό περίπτερο, όπως έκανε ο Walsh, θα μπορούσε να μειώσει την απόδοση. Μέχρις ότου βελτιωθεί η τεχνολογία μπαταριών και κινητήρων, οποιαδήποτε αύξηση της ισχύος απαιτεί αύξηση του βάρους, ένα εμπόριο που είναι προς το παρόν εγγενές σε όλους αυτούς τους περιπατητές. "Υπάρχει αυτός ο βασικός κανόνας ότι αν θέλετε να είστε πιο ισχυροί, πρέπει να είστε βαρύτεροι, όταν πρόκειται για κινητήρες".
