Da Conor Walsh var kandidatstuderende ved MIT, fungerede han som en testpilot for sin professors eksoskeletprogram. Den kraftige, stive enhed var udfordrende at bære og arbejde med, på grund af den måde, den var nødt til at interface med kroppen, og tvang brugerens krop til at overholde enhedens struktur i stedet for omvendt.
Til sidst flyttede Walsh til Harvard og startede sin egen eksosudforskning. Men han pointerede at arbejde på bløde, bøjelige systemer for at hjælpe med at bevæge sig. Efter fem års arbejde har hans dragter hjulpet vandrere med at bevæge sig 20 til 25 procent mere effektivt, ifølge hans forskning, der for nylig blev offentliggjort i Science Robotics .
”Den tilgang, vi tager, og en masse andre grupper, der også begynder at tage, er du kan levere lille til moderat hjælp, men gennem en meget let og ikke-restriktiv platform?” Siger Walsh.
Apparatet er baseret på et kabel, som hjælper med at hjælpe bevægelsen af to forskellige led, ankelen og hoften. Brugeren bærer en sele omkring taljen, og stropper strækker sig fra dette seletøj til seler omkring hver kalv. Et kabel løber fra hælen op til en remskive ved læggen og derefter af til en lille motor. (For tiden har han holdt motoren og strømkilden monteret andetsteds som en måde at forenkle undersøgelsen.)
Gyroskopiske sensorer monteret på fødderne sender data til en mikrokontroller, der fortolker rullestolens bevægelse og griber ind i motoren på det rette tidspunkt. Når motoren rulles i kablet, trækker den på hælen og hjælper trinet (kaldet plantarflektion). Taljen bælte tjener to formål; den fungerer som støtte, så kalven ikke behøver at have så meget pres, men den tilbyder også hjælp til hofteleddet, da kraften fra remskiven overføres opad via stropperne.
Walsh og hans coauthors kørte apparatet i fire forskellige effektniveauer for at se, hvad der var det mest effektive.
”Hovedmålet med denne undersøgelse var at se på, når vi øger mængden af hjælp, vi leverer til personen ... hvilke typer svar ser vi fra personen?” Siger Walsh.
Hvad de fandt, var, selv på det højeste niveau af hjælp (målt ved den kraft, der blev anvendt som procent af kropsvægt, maxing ud på 75 procent), de så intet plateau; effektivitet, målt ved mængden af ilt, som deltagerne brugte, mens de gik, fortsatte med at gå op.
”Hvad hans data antyder, er, at når du fortsætter med at tilføje mere hjælp, kan der muligvis ikke være nogen grænse, ingen grænse for, hvor meget vi kan forbedre en persons gas kilometertal, hvis du vil, ” siger Greg Sawicki. Sawicki arbejder også i gå-hjælpende exosuits, som lektor i biomedicinsk teknik ved University of North Carolina. Hans enheder er baseret på et lille, let stift eksoskelet - undertiden drevet, undertiden aktiveret af en fjeder - der passer rundt om ankelen.
”I vores undersøgelser fandt vi et andet resultat, som er, at der ofte er faldende afkast, ” siger han. ”Du klarer dig godt op til et vist punkt, og hvis du giver for meget, begynder effektiviteten af det menneskelige maskinsystem at falde.” Han mistænker, at en del af forskellen skyldes Walshs multikunstige arkitektur, og hvordan det indbefatter hoftens bevægelse.
Både Walshs og Sawickis arbejde er blevet anvendt inden for det medicinske område, hvilket hjælper ofre for slagtilfælde eller patienter med multippel sklerose eller andre aldersrelaterede skader og sygdomme med at øge deres mobilitet. Walsh har samarbejdet med ReWalk Robotics for at udvikle systemer til disse applikationer. Men der er en anden vigtig applikation, som har hjulpet Walsh med at få DARPA-finansiering: Soldater, der klynger tungt udstyr, kunne en dag bruge dragter som disse for at hjælpe dem med at gå længere, bære mere og opleve mindre træthed.
I forfølgelsen af begge mål har Walsh forfinet tekstilerne, aktiveringssystemerne og controllerne for at gøre sådanne drag mere realistiske uden for laboratoriet. ”Fremskridtene på dette område sker gennem samarbejde med mennesker, der forstår det menneskelige, fysiologien, biomekanikken og folk, der forstår robotik og det teknologiske aspekt, ” siger han. Det er en tværfaglig tilgang, der indeholder design og ergonomi, men også biomekanik, software engineering og robotik. Alle går lidt anderledes, så systemet skal i det mindste delvist tilpasses. Og så er der vægten.
”Den største udfordring er effekttætheden ved aktivering, ” siger Sawicki og påpeger, at montering af batterier og motorer på rullatoren i stedet for eksternt på et nærliggende stativ, som Walsh gjorde, kunne reducere effektiviteten. Indtil batteri- og motorteknologien forbedres, kræver enhver stigning i magt en stigning i vægt, en afveksling, der indtil videre er en del af alle sådanne vandrere. "Der er denne grundlæggende regel, at hvis du vil være mere kraftfuld, skal du være tungere, når det kommer til motorer."
