Экзоскелеты-это устройства, которые носят для защиты или поддержки—как доспехи или шлем. Эти и другие пассивные устройства существовали на протяжении тысячелетий, но сегодня исследователи разрабатывают мощные системы экзоскелета, которые в будущем могут вывести человека на новый уровень силы и выносливости.

Предоставляя дополнительную мощность, они могли бы повысить выносливость солдат на поле боя или помочь рабочим выполнять задачи более легко и безопасно. Они также могли бы помочь раненым и инвалидам восстановить свою независимость.

Адъюнкт-профессор Лея Стирлинг

Но чтобы заставить экзоскелеты нового поколения работать, нам нужно пересмотреть наши представления о том, как носимые системы взаимодействуют с людьми, которые их используют. Адъюнкт-профессор Лея Стирлинг занимается именно этим на кафедре промышленных операций и инжиниринга U-M. Ранее в отделе аэронавтики Массачусетского технологического института работа Стирлинга о человеческих факторах в UM проливает новый свет на то, как работающие экзоскелеты изменяют образ мышления и движения их носителей. Последняя статья Стирлинга называется " Статическое, динамическое и когнитивное соответствие экосистем для человека-оператора.- Мы недавно встречались с ней, чтобы побольше узнать о ее работе.

Мы все видели много экзоскелетов в фильмах, таких как "Железный Человек" и "Робокоп". Это те системы, над которыми вы работаете?

Не совсем–я думаю, что до полнотелых экзоскелетов еще далеко. В то же время, однако, существуют более ограниченные приложения экзоскелета, которые могут помочь людям с определенными движениями, такими как добавление поддержки и силы к лодыжке или колену. Это низко висящие плоды, и мы начинаем видеть эти системы коммерчески. Но прежде чем они станут практичными для широкого использования, предстоит проделать большую работу.

Почему даже односвязные силовые экзоскелеты настолько сложнее пассивных систем?

Когда мы добавляем энергию даже к простому экзоскелету, нам нужно начать думать о нем не как о предмете одежды, а как об очень маленьком транспортном средстве. Когда я надеваю экзоскелет, я нахожусь внутри него, и он активно двигает меня. Поэтому нам нужно подумать об этом с человеческой точки зрения—как пользователь может управлять этим транспортным средством наиболее эффективно и безопасно?

Это отход от прошлого, где исследователи экзоскелетов в основном сосредоточились на механике устройств. И это означает, что исследователи человеческого фактора, такие как я, должны работать с инженерами-механиками, чтобы вывести эти машины на новый уровень.

Откуда вы знаете, что энергетические системы влияют на владельца иначе, чем брекеты и другие устройства, которые мы имели в течение многих лет?

Все системы могут влиять на то, как мы двигаемся, и энергетические системы не являются исключением. Например, не так давно мы провели исследование, в котором участники носили простой силовой экзоскелет—тот, который обеспечивал дополнительную мощность для лодыжки, когда они отталкивались от Земли во время ходьбы. Мы включили его и обнаружили, что разные участники использовали этот импульс совершенно по-разному, поскольку они адаптировались к системе. Одни делали более длинные шаги, другие-более короткие, третьи оставались прежними. Некоторые вернулись к своей обычной походке после того, как мы выключили электричество, некоторые нет.

Исследование показало, что даже небольшое изменение изменяет контур обратной связи, который позволяет нам ориентироваться в окружающей среде. Эти изменения могут происходить как сознательно, так и бессознательно. Нам нужно понять, как эти энергетические системы влияют на наше восприятие, когнитивные и двигательные процессы и как мы можем спроектировать экзоскелеты, чтобы соответствующим образом адаптироваться к индивидуальным пользователям.

Как вы измеряете, подходит ли экзоскелет с питанием своему владельцу?

Мы действительно переосмыслили идею " fit " в недавней статье, которую мы опубликовали. Мы разбили его на три отдельных аспекта.

Первый - это "статическая подгонка" —это то, к чему мы привыкли, как и к тому, насколько хорошо это устройство соответствует размеру и форме моего тела, когда я не двигаюсь.

Второе измерение-это "динамическая подгонка", то есть насколько хорошо устройство движется вместе со мной. Ограничивает ли он мои движения, и правильно ли он подходит во время всего диапазона движений, которые мне нужно будет выполнить для набора задач?

Третье измерение, к которому мы меньше всего привыкли, - это когнитивный подход. "Это измерение измеряет, как устройство, которое я ношу, изменяет то, как я думаю о движении, как сознательно, так и бессознательно. Как я интерпретирую обратную связь, которую получаю от устройства? И как создатели устройства могут адаптировать его обратную связь к когнитивным процессам различных пользователей?

Приводимые в действие устройства экзоскелета по своей сути обеспечивают тактильную обратную связь из-за того, как они прикладывают силы к телу во время движения. Но мы также рассматриваем, как мы можем создать явную обратную связь, чтобы помочь пользователям повысить доверие к устройствам и упростить их эффективное использование.

Если мы сейчас должны рассмотреть эти новые факторы, означает ли это, что мы теряем позиции на пути к новым видам экзоскелетных систем?

Напротив, выявление этих дополнительных измерений является частью процесса создания новых видов машин. Экзоскелеты действительно являются междисциплинарными системами, поэтому их проектирование требует уникального набора навыков. Это исследование обеспечивает основу для того, чтобы это произошло.

На самом деле, одной из причин, по которой я приехал в Мичиган, было то, что все эти люди думали об экзоскелетах с разных точек зрения. Я очень рад оказаться в месте, где есть все эти люди, смотрящие на это с разных сторон, которые могут работать вместе.

Источник  techxplore.com

Перевод осуществлен Яндекс переводчиком