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

Intel и Waymo укрепляют партнерские взаимоотношения
Ирина
21.09.2017
08:56:50
Пусть укрепляют) очень хотелось бы, чтобы в ближайшем будущем электромобили и беспилотники стали обыденной реальностью)) Лично я не могу...
Российские роботы отправились в Японию (+видео)
Гость
20.09.2017
11:34:40
Нужная вещь, в хозяйстве сгодится. Хотя, её возможности, как робота, на том же уровне, что и интеллект у сегодняшних ИИ.