Когато Конор Уолш беше аспирант в MIT, той действа като тест-пилот по програмата за екзоскелет на своя професор. Мощното, твърдо устройство беше предизвикателство за носене и работа, поради начина, по който трябваше да взаимодейства с тялото, принуждавайки тялото на потребителя да съответства на структурата на устройството, а не обратното.
В крайна сметка Уолш се премества в Харвард и започва собствено проучване на екзот костюмите. Но той направи смисъл да работи върху меки, гъвкави системи за подпомагане на движението. След пет години работа, костюмите му са помогнали на проходителите да се придвижват с 20 до 25 процента по-ефективно, според неговото изследване, публикувано наскоро в Science Robotics .
„Подходът, който възприемаме, и куп други групи също започват да предприемат, може ли да предоставите малка до умерена помощ, но чрез много лека и неограничителна платформа?“, Казва Уолш.
Апаратът е базиран на кабел, който спомага за движението на две различни стави, глезена и тазобедрената става. Потребителят носи колан около кръста, а презрамките се простират от тази сбруя до брекети около всяко прасе. Един кабел преминава от петата нагоре към ролка на прасеца, а след това се отклонява към малък мотор. (Засега той запази двигателя и източника на мощност, монтирани на друго място, като начин да опрости изследването.)
Жироскопичните сензори, монтирани на краката, изпращат данни към микроконтролер, който интерпретира хода на проходилката и ангажира двигателя в подходящото време. Тъй като моторът върти в кабела, той се дърпа към петата, подпомагайки стъпката (наречена плантарна флексия). Коланът на талията служи на две цели; тя действа като опора, така че телето не трябва да понася толкова голям натиск, но също така предлага помощ на тазобедрената става, тъй като силата от шайбата се прехвърля нагоре през презрамките.
Уолш и неговите съавтори управляваха апарата на четири различни нива на мощност, за да видят кое е най-ефективно.
„Основната цел на това проучване беше да разгледаме, докато увеличаваме размера на помощта, която предоставяме на човека… какви видове отговори виждаме от човека?“, Казва Уолш.
Това, което откриха, беше дори при най-високото ниво на помощ (измервано със силата, приложена като процент от телесното тегло, максимум 75%), те не видяха плато; ефективността, измерена от количеството кислород, използвано от участниците по време на ходене, продължи да се увеличава.
„Това, което му подсказват, е, че когато продължавате да се опитвате да добавите повече помощ, може да няма ограничение и граница до това колко бихме могли да подобрим пробега на газ, ако желаете“, казва Грег Савицки. Sawicki също работи в помощни ходещи екзоти, като доцент по биомедицинско инженерство в Университета на Северна Каролина. Устройствата му са базирани на малък, лек твърд екзоскелет - понякога захранван, понякога задействан от пружина - който приляга около глезена.
„В нашите проучвания открихме различен резултат, който е, че често намалява възвръщаемостта“, казва той. „Вие се справяте добре до определен момент на помощ и тогава, ако дадете прекалено много, ефективността на системата човек-машина започва да намалява.“ Той подозира, че някои от разликите се дължат на мултиартикуларната архитектура на Уолш и как тя включва движението на тазобедрената става.
Работата на Уолш и Савицки е приложена към медицинската област, като помага на жертвите на инсулт или пациенти с множествена склероза или други наранявания и болести, свързани с възрастта, за да увеличат мобилността си. Walsh си партнира с ReWalk Robotics за разработване на системи за тези приложения. Но има второ важно приложение, което е помогнало на Уолш да получи финансиране по DARPA: Войниците, които правят тежка екипировка, могат един ден да използват костюми като тези, които да им помогнат да вървят по-далеч, да носят повече и да изпитват по-малка умора.
В изпълнение на двете цели Уолш усъвършенства текстила, задействащите системи и контролерите, за да направи такива костюми по-реалистични извън лабораторията. „Напредъкът в тази област се осъществява чрез сътрудничество с хора, които разбират човека, физиологията, биомеханиката и хората, които разбират роботиката и технологичния аспект“, казва той. Това е междудисциплинарен подход, включващ дизайн и ергономичност, но също така и биомеханика, софтуерно инженерство и роботика. Всеки ходи малко по-различно, така че системата трябва да бъде поне частично приспособима. И тогава е теглото.
„Най-голямото предизвикателство е плътността на мощността на задействането“, казва Савицки, изтъквайки, че монтирането на батериите и моторите върху проходилката вместо дистанционно на близката стойка, както направи Уолш, може да намали ефективността. Докато технологията на батерията и мотора не се подобри, всяко увеличаване на мощността изисква увеличаване на теглото, компромис, който засега е присъщ на всички такива проходилки. "Има това основно правило, че ако искаш да бъдеш по-мощен, трябва да бъдеш по-тежък, що се отнася до моторите."
