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机器人外骨骼,即增强功能的可穿戴设备,正在改变行业和生活。在仓储和物流领域,这些可穿戴的机器人设备为工人搬运重物、提高生产力和降低受伤风险提供了强大的帮助。此外,针对行动不便人群,开发外骨骼技术也呈现新趋势。
IEEE会员Ayonga Hereid是一个团队的成员,其领导的团队致力于开发双足外骨骼,以帮助无法使用双腿的人群。他说,目前的外骨骼设计通常依靠拐杖或类似设备来保持稳定性,他们致力于解决外骨骼稳定性和独立性的挑战,为行动不便人士提供更自主的移动方式。
Hereid旨在超越这一限制。
Hereid说:“我们的目标是加深对这些机器人外骨骼系统功能的理解。通过这样做,我们的目标是为机器人领域的未来突破铺平道路,并最终改善那些依赖这些设备的人的生活。”
在最近的这次采访中,Hereid深入了解了机器人外骨骼技术的现状,并讨论了正在进行的控制理论和机器人技术如何帮助外骨骼实现自然高效运动的研究。
开发机器人外骨骼涉及许多专业领域——机械工程、软件工程、电气工程和人类生理学都发挥了作用。你能描述一下你的研究领域和专业知识吗?
我的研究主要集中在推进下肢机器人外骨骼的运动规划和控制算法上。具体来说,我研究了同步关节运动的发展,这些运动可以通过反馈控制器精确跟踪,以实现稳定和稳健的运动。这涉及到探索在下肢外骨骼中产生稳定运动的方法,同时确保不同活动之间的平稳和安全过渡。
是什么促使你从事这一领域的研究?
这些设备有可能显著提高行动不便者的行动能力和生活质量。
我们特别感兴趣的是将最先进的两足机器人运动控制器应用于下肢外骨骼。通过突破外骨骼技术的极限,我们希望对依赖这些设备的人的生活产生真正的影响,使他们能够在日常生活中更加自由且自信地行动。
轮椅无障碍是如何影响两足动物外骨骼的追求的?
我们追求这项技术的主要原因之一是提供一种传统轮椅的替代品,传统轮椅在某些环境中可能很难或无法使用。但同样重要的是要认识到两足动物的外骨骼并不能完全取代轮椅。它们可能无法与轮椅的舒适度和速度相匹配,尤其是对于有严重行动障碍的用户来说。
当然,改善轮椅的无障碍性仍然是首要任务,因为这对创建更具包容性和公平的社会至关重要。通过将基础设施发展和技术创新相结合,我们可以努力实现一个未来,让每个人都能获得他们过上充实生活所需的移动工具和支持。
现在使用两足动物外骨骼吗?
有几家公司正在积极致力于两足动物外骨骼的商业化,他们的一些产品已获得美国食品药品监督管理局的批准,可在临床环境中使用。
目前广泛应用的障碍是什么?
这些设备在临床环境之外的广泛应用仍然有限。
主要障碍之一是技术的成熟度。尽管在临床医生和技术人员的密切协助下使用两足外骨骼已经有许多成功案例,但在这些受控环境之外,它们的可靠使用仍然有限。例如,这些设备在不平坦的地形或繁忙的环境中可能表现不佳,因为用户需要对不断变化的情况做出快速反应。需要通过进一步的研究和开发,以确保这些设备在现实世界中使用安全有效。
广泛采用的另一个障碍是目前外骨骼的高成本。许多残疾人可能买不起这些设备,外骨骼的保险范围往往有限或根本不存在。此外,一些用户可能会发现外骨骼的重量和体积是一个挑战,因为它们会限制活动能力,并在长时间使用时造成不适。
无论是在你所做的测试中,还是在现实世界中,用户对外骨骼的使用有何反应?
尽管仍有挑战需要克服,但用户对外骨骼的反应基本上是积极的。大多数参加临床试验的用户都对能够再次行走的潜力感到兴奋。虽然人们对在家或现实世界中使用外骨骼的可负担性、安全性、便利性和灵活性感到担忧,但大多数参与者对这些体验感到满意。
有一些外骨骼设备似乎被用于仓库和物流环境。这些外骨骼的设计与那些腿部行动不方便的人的外骨骼有何不同?
仓库外骨骼设计用于支持操作员起吊和搬运重物。腿部行动不方便的人的外骨骼专注于辅助运动。仓库外骨骼通常只有上身组件,使用被动或动力机构来辅助背部支撑或手臂运动。一些全身外骨骼设计用于提供操纵和运动辅助。
对于脊髓损伤患者来说,这些外骨骼往往比下肢外骨骼更笨重,因为它们的任务完成需要更强大的马达。使用仓库外骨骼的工人不需要紧紧地绑在操作员的身体上,因为操作员可以充分支撑自己的身体运动。这减少了设备和用户之间的有效物理交互,从而降低了这种外骨骼的机电设计的复杂性。
了解更多:通过几种技术的融合,使假肢更具响应能力、适应能力、和用户友好性。IEEE医学与生物工程协会的Pulse展示了仿生肢体是如何进入一个新时代的:https://www.embs.org/pulse/articles/a-new-era-for-bionic-limbs/。
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