Pokazalo se da set egzoskeleta za kolena, napravljen od komercijalno dostupnih stezača za kolena i motora za bespilotne letelice na Univerzitetu u Mičigenu, pomaže u suzbijanju umora u zadacima podizanja i nošenja. Oni su pomogli korisnicima da zadrže bolje držanje pri podizanju čak i kada su umorni, što je ključni faktor u odbrani od povreda na poslu, kažu istraživači novog rada objavljenog u časopisu Naučna robotika.
„Umesto da direktno podupremo leđa i odustanemo od odgovarajuće forme za podizanje, mi jačamo noge da bismo ih održali“, rekao je Robert Greg, profesor robotike U-M i odgovarajući autor studije. „Ovo se razlikuje od onoga što se češće radi u industriji.“
Već sada radnici koji redovno podižu, na primer u građevinarstvu i proizvodnji, mogu da koriste proteze za leđa. Egzoskeleti za leđa, koji koriste opruge ili motore za pomoć pri podizanju, su tehnologija u nastajanju. Ali uređaji koji podržavaju leđa pretpostavljaju nesigurno podizanje ili saginjanje, a egzoskeleti leđa obično su glomazni uređaji koji moraju biti deaktivirani da bi se omogućili pokreti koji nisu deo zadatka podizanja, rekao je Gregg.
Tim iz Mičigena kaže da su njihovi egzoskeleti kolena prvi koji podržavaju mišiće kvadricepsa, koji pružaju najveći deo sile u bezbednom podizanju čučnjeva, kao manje nametljiv način da se zaštite radnici od povreda leđa. Učesnici studije testirali su ih sa zadacima podizanja i nošenja pomoću girja od 20 funti.
Zadaci su uključivali podizanje težine sa zemlje i ponovno postavljanje, i podizanje i nošenje težine na ravnom tlu, gore-dole uz nagib, i gore-dole stepenicama. Studija je otkrila da su učesnici nakon umora zadržali bolje držanje uz pomoć egzoskeleta, a takođe su se podizali brže – samo 1% sporije od prethodno umornih koraka, u odnosu na 44% sporije bez pomoći egzoskeleta.
„Ovo je posebno važno kada radnik mora da ide u korak sa pokretnom trakom. Obično, kada je radnik umoran, on će održati taj tempo, ali sa narušenim držanjem. Više će savijati leđa i to je kada su povrede najverovatnije“, rekao je Nikhil Divekar, postdoktorski istraživač iz robotike na U-M i prvi autor studije.
Učesnici su takođe osetili korist — uglavnom su rekli da su prilično ili veoma zadovoljni, sa izuzetkom hodanja po ravnom terenu, čime su bili manje-više zadovoljni. Ovo se prati sa malom količinom pomoći koju zahtevaju kvadricepsi tokom ovog relativno lakog zadatka; Greg je to opisao kao dovoljnu podršku da se suprotstavi težini egzoskeleta.
Jedan od ključeva da se egzoskelet učini tako nosivim jesu motori i način na koji su opremljeni, što omogućava korisnicima da slobodno zamahuju kolenima za prirodan hod. Drugi je softver, koji predviđa kakva je pomoć korisniku potrebna merenjem ugla kolenskog zgloba, orijentacije butine i potkolenice i sile koju uhvati senzor u cipeli korisnika.
Sa ova tri merenja sa obe noge, moguće je utvrditi koji pokret korisnik pokušava da napravi i koliko pomoći da pruži. Ova merenja su vršena 150 puta u sekundi, omogućavajući egzoskeletima da se nesmetano kreću između aktivnosti.
Ovaj pristup je u suprotnosti sa mnogim kontrolerima egzoskeleta, koji prate unapred definisane obrasce za ograničen skup zadataka. Zadaci prebacivanja mogu biti problem za ove kontrolere i možda će im trebati puna sekunda da shvate šta korisnik pokušava da uradi, rekao je Greg.
„Ako vaš egzo pokušava da hoda gore, a vi pokušavate da idete dole, to bi mogao biti problem, zar ne?“ rekao je.
Novi kontroler takođe uparuje fizički model sa mašinskim učenjem, što sprečava da egzoskelet pravi neočekivane poteze ako korisnik počne da se ponaša drugačije od bilo koje aktivnosti uključene u podatke o obuci kontrolora.
Laboratorijski prototipovi koštaju oko 4.000 dolara po paru, tako da Greg predviđa da bi, ako bi egzoskeleti bili proizvedeni u velikom obimu, mogli koštati oko 2.000 dolara po paru.
10 učesnika studije, pet žena i pet muškaraca, radili su sve zadatke dva različita dana, jedan dan svježi, a drugi umorni. Da bi izazvao umor, svaki učesnik je izveo seriju dizanja čučnjeva sa girom sve dok nije mogao da nastavi bez duge pauze između ponavljanja. Svi učesnici su imali iskustvo sa pravilnim tehnikama dizanja čučnjeva.
Tim je podnio zahtjev za zaštitu patenta uz pomoć U-M Innovation Partnerships i traži partnere za izvođenje tehnologije na tržište.
