O algoritmo responsivo do exoesqueleto do tornozelo lida com mudanças no ritmo e na marcha

Os exoesqueletos de tornozelo que podem ajudar as pessoas a aumentar sua resistência estão um passo mais perto da realidade com um novo algoritmo de controle, desenvolvido na Universidade de Michigan, que pode permitir que futuros exoesqueletos se adaptem automaticamente a usuários e tarefas individuais. Isso reduziria ou eliminaria a necessidade de recalibração manual.

Os exoesqueletos atuais são limitados porque devem ser adaptados para um único usuário realizar uma única tarefa, como caminhar em linha reta. Qualquer alteração requer um longo conjunto de reajustes manuais. O novo algoritmo de controle demonstra a capacidade de lidar com diferentes velocidades, bem como mudanças na marcha entre corrida e caminhada. Isso poderia abrir caminho para exoesqueletos mais capazes de lidar com as incertezas do mundo real.

“Este tipo particular de exoesqueleto de tornozelo pode ser usado para aumentar as pessoas que têm mobilidade limitada”, disse Leia Stirling, professor associado da UM de engenharia industrial e de operações e robótica e autor sênior do estudo publicado na PLOS UM.

“Pode ser um adulto mais velho que normalmente não seria capaz de caminhar até o parque com seus netos. Mas, usando o sistema, eles agora têm assistência extra que lhes permite fazer mais do que antes.”

O algoritmo de controle mede diretamente a rapidez com que as fibras musculares estão se expandindo e contraindo para determinar a quantidade de energia química que o músculo está usando enquanto faz seu trabalho. Em seguida, compara essa medição com um modelo biológico para determinar a melhor maneira de ajudar.

Medir a fisiologia muscular diretamente é uma partida importante dos métodos atuais, que usam medidas mais amplas de movimento. Ir direto para a fonte do movimento pode resultar em medições mais precisas em uma gama maior de movimentos com muito menos poder de computação necessário.

Stirling e o primeiro autor Paul Pridham, especialista sênior da área de pesquisa em engenharia industrial e de operações, se concentraram no tornozelo porque ele desempenha um papel fundamental na mobilidade. Auxiliar os músculos do tornozelo pode ter um impacto dramático em nossa capacidade de caminhar mais e mais rápido.

Como a pesquisa foi realizada durante as restrições do COVID-19, não foi possível testar com participantes humanos. Em vez disso, a equipe usou dados de dispositivos de exoesqueleto de tornozelo existentes e dinâmica muscular de estudos anteriores para simular, testar e ajustar o algoritmo para ser mais responsivo às mudanças na velocidade e na marcha.

O teste humano é um próximo passo importante e exigirá a medição das fibras musculares em tempo real usando ultrassom. Embora ainda haja muito trabalho e refinamento, os pesquisadores estão confiantes de que a nova linha de pesquisa um dia ajudará as pessoas no terreno.

“Isso tem o potencial de ajudar praticamente qualquer pessoa”, disse Pridham, “desde alguém que caminha muito para trabalhar, até militares que realizam tarefas por longos períodos de tempo, até pessoas com distúrbios musculares que precisam de assistência extra. , e os idosos que precisam de ajuda no dia-a-dia”