robogeek.ru

все о роботах и робототехнике

edu.robogeek.ru

все об обучении робототехнике

Исследователи оптимизировали расход энергии активного экзоскелета (+видео)

Экзоскелеты получают все более широкое распространение. А в последние годы ученые начали экспериментировать с использованием их в быту. Активные экзоскелеты способны помогать людям с ограниченными физическими возможностями вернуться к нормальной жизни.

Даже без внешнего источника питания экзоскелет может более эффективно перераспределять энергию обычных движений человека.

В Университете Карнеги-Меллона провели эксперименты по оптимизации передвижения на беговой дорожке с применением генетического алгоритма. После нескольких циклов оптимизации активный помощник голеностопного сустава помог большинству пользователей передвигаться более эффективно с точки зрения затрат энергии. Подстраиваясь, он научился помогать людям при подъеме в гору или переноске слишком тяжелых грузов.

Во время ходьбы экзоскелет использовал немного энергии, добавляя усилие на лодыжку во время бега. Экзоскелет имеет несколько параметров, которые могут быть легко настроены: момент смены направления, пиковая величина и момент приложения пикового усилия. Хотя все это можно установить интуитивно, нет никакой гарантии, что интуиция нас не подведет или одни и те же параметры будут работать одинаково для всех.

Поэтому ученые занялись «циклической оптимизацией человека». Это требует использования носимого экзоскелета на беговой дорожке и отслеживания метаболической активности, чтобы выяснить, сколько усилий человек прилагает при ходьбе.

В течение часа на беговой дорожке использовался алгоритм, который тестировал различные комбинации четырех параметров экзоскелета и отслеживал метаболическую нагрузку при этом. По завершении цикла тестирования генетический алгоритм выбрал лучших исполнителей и используемые параметры для нового этапа тестирования. Одного часа было достаточно в большинстве случаев, чтобы провести четыре этапа проверки управляющего программного обеспечения. Все последующие этапы давали лишь минимальные улучшения.

В испытаниях принимали участие 11 человек. Требуемая для прогулок энергия сократилось у них где-то от 14% до почти 40 %. Низкий показатель (14 %) был достигнут с не оптимизированным программным управлением. Таким образом, эффективный экзоскелет не обязательно должен быть мощным.

Поскольку генетический алгоритм позволил создать столь эффективное программное управление для ходьбы, он был использован и для других задач. Исследователям удалось создать отдельные управляющие программы для ходьбы быстрым шагом, для бега и подъема в гору с тяжелым грузом. Сэкономленная энергия по сравнению с аналогичной деятельностью с использованием обычной обуви колеблется от 30 % при быстрой ходьбе до 4 % при переноске чего-то тяжелого.

Исследователи также обнаружили, что они могли оптимизировать и другие параметры, кроме энергетических затрат. В отдельном тесте они более чем на 35 % минимизировали активность икроножной мышцы при ходьбе.

В целом травмы и болезни представляют собой дополнительный уровень сложности в процессе оптимизации обычной походки. Новый подход может не только помочь учесть эти сложности, он помогает контролировать их в разных условиях, начиная от медленной ходьбы и до бега.

Комментарии

(0) Добавить комментарий

Ищите команду разработчиков? Не можете найти робота для своих нужд? Пишите нам!

Для обратной связи укажите ваш E-mail, он будет доступен только администратору. Так вы сможете оперативно узнать, когда ответ на ваш вопрос будет опубликован

Новые комментарии

Пять занятий, которые оставят людям роботы, когда они заполонят мир
Гость
16.11.2017
12:01:40
Еще нужно специальное министерство которое будет следить чтобы роботы не захватили мир
10 основных навыков, необходимых для робототехников
Гость
15.11.2017
04:03:27
Довольно полезная информация для таких как я 😃