Важным достижением является разработка исследователей из Университета Бейхан в Китае и Университета Ольборга в Дании, которые разработали экзоскелет робота для нижних конечностей — носимого робота, который имеет естественное движение колена, что значительно повышает комфорт пациентов и готовность носить его при реабилитации походкой. .Как сообщает команда на этой неделе в Review of Scientific Instruments от AIP Publishing, их роботизированный экзоскелет предназначен для того, чтобы помочь пациентам, перенесшим инсульт, улучшить свою физическую форму, помочь в реабилитационной тренировке парализованных пациентов или помочь тем, кто нуждается в помощи в выполнении повседневных дел.Роботы-экзоскелеты не новы — они были тщательно изучены, и многие конструкции были сосредоточены на нижних конечностях. Подход этой команды был сосредоточен на коленном суставе, одной из самых сложных механических систем человеческого тела и важнейшем игроке во время ходьбы.
Движение коленного сустава вызывается несколькими скелетными мышцами вдоль его суставных поверхностей, а его центр вращения перемещается. Исследователи задались вопросом, может ли параллельный механизм, подобный скелетным мышцам, быть полезным для создания бионического коленного сустава.«В нашей новой конструкции используется параллельный коленный сустав для улучшения био-имитации и адаптируемости экзоскелета», — пояснил Вэйхай Чен, профессор Школы автоматики и электротехники Бейханского университета в Пекине, Китай.В частности, экзоскелет команды задействует гибридную последовательно-параллельную кинематическую структуру, состоящую из модуля тазобедренного сустава с 1 степенью свободы (DOF) и модуля коленного сустава с 2 степенями свободы в сагиттальной плоскости.
А плоский параллельный механизм с 2 степенями свободы помогает полностью компенсировать движение человеческого колена, обеспечивая вращение и относительное скольжение.Прозрачность движений имеет решающее значение при ношении робота для реабилитации походки. Другими словами: при ношении экзоскелета его движения должны быть синхронизированы и соответствовать естественным движениям пациента.
«В противном случае это оказывает дополнительную нагрузку на сустав человека», — сказал Чен. «И эта дополнительная сила вызывает у пациента дискомфорт и неестественные движения».Поэтому для достижения этой цели команда сосредоточилась на бионическом механическом дизайне.
«Чтобы улучшить прозрачность робота, мы изучили структуру человеческого тела, а затем построили нашу модель на основе биометрического дизайна экзоскелета нижней конечности», — продолжил Чен.Эта конструкция — первое известное использование параллельного механизма в коленном суставе для имитации скелетных мышц. «Наша конструкция выходит за рамки решения проблемы прозрачности коленного сустава — и это простая конструкция», — добавил Чен. «В отличие от большинства предыдущих экзоскелетов, которые упрощали коленный сустав как штифт, наш обеспечивает 2 степени свободы, чтобы движение экзоскелета соответствовало естественным движениям пациента».
Что касается его применения, то основная роль экзоскелета будет заключаться в том, чтобы помочь пациентам с инсультом или травмой спинного мозга в их реабилитации.«Мы планируем сделать его пригодным для ношения и обеспечить комфортное обучение», — сказал Чен. «Наша команда также занимается разработкой игр в виртуальной реальности, чтобы сделать тренировочный процесс более увлекательным».Команда изучает возможность управления своим экзоскелетом с помощью сигнала электромиографии (ЭМГ) пациентов, который регистрирует электрическую активность, производимую скелетными мышцами, чтобы они могли более активно участвовать в тренировках.
«Мы можем получить намерение движения из электроэнцефалограммы пациента (ЭЭГ) — сигналов мозга — и использовать его для непосредственного управления экзоскелетом», — объяснил Чен. «Эти улучшения должны обеспечить простоту управления и заставить экзоскелет действовать как часть человеческого тела».Следующим шагом для команды является сотрудничество с больницами, потому что тестирование робота с пациентами может обеспечить критическую обратную связь от пациентов и врачей.
«Мы также хотели бы коммерциализировать его в ближайшем будущем, поэтому мы будем работать над тем, чтобы сделать внешний вид робота более привлекательным и улучшить пользовательский интерфейс, чтобы сделать его более удобным», — отметил Чен.