Robotske čizme koje pružaju nadljudske reflekse mogu pomoći u vašoj ravnoteži. Naša nova studija pokazuje da je ključ za povećanje ravnoteže imati čizme koje mogu delovati brže od vremena ljudske reakcije.
Kada se ljudi okliznu ili spotaknu, njihove reakcije da povrate ravnotežu su mnogo sporije nego što neke mašine mogu da reaguju. Za ljude i druge životinje sa nogama, potrebno je vreme da biološki senzori pošalju signale nervnom sistemu, a zatim uključe mišiće. Roboti mogu da deluju mnogo brže, koristeći žice umesto nerava da šalju svoje signale.
Ali roboti su i dalje notorno loši u balansiranju, jer još ne mogu da oponašaju kako ljudi reaguju kada je njihova ravnoteža osporena. Mi smo biomehanički inženjeri i istraživači fiziologije rehabilitacije koji proučavaju neurofiziologiju pokreta. U našoj studiji, pokušali smo da odgovorimo na pitanje da li roboti koji se mogu nositi – poput egzoskeleta donjih ekstremiteta ili proteza – mogu poboljšati ravnotežu iznad i izvan normalne osnovne linije.
Koristili smo motorizovani pod da bukvalno „izvučemo prostirku“ ispod zdravih mladih učesnika – bacajući ih napred prema zemlji. Zamolili smo ih da ostanu u ravnoteži sa stopalima na mestu, ali ponekad je klizanje bilo toliko veliko da su morali da preduzmu korak kako bi izbegli da se zabadaju na zemlju. Zatim smo programirali egzo-čizme da učesnicima pruže veliku pomoć ili sa istim kašnjenjem kao njihov prirodni odgovor ili veštački bržim nego što je to ljudski moguće i uporedili to sa pružanjem pomoći pri egzo-pokretanju uopšte.
Iznenadili smo se kada smo otkrili da je samo režim koji pobeđuje ljudsku reakciju na udarac pomogao korisnicima da brže povrate ravnotežu i sprečio ih da preduzmu korak da se oporave.
Istovremeno, snimili smo fiziološke odgovore naših „probnih pilota“ za egzo-boot da bismo videli da li uređaj oponaša – ili potencijalno ometa – njihove osnovne reakcije ravnoteže. Koristeći ultrazvuk, mogli smo da pogledamo ispod kože da vidimo kako su se mišići teladi istezali tokom klizanja. Istezanje mišića generiše kritične senzorne signale potrebne nervnom sistemu da pokrene reakciju ravnoteže.
Reakcija balansiranja egzo-boot-a brža od čoveka zapravo je eliminisala signale istezanja mišića teladi, ali su kontrolni signali tim istim mišićima, kao odgovor na nervni sistem generalno, opstali. Ovaj nalaz naglašava da je nervni sistem više od skupa jednostavnih refleksa koji reaguju na lokalno istezanje mišića, ali umesto toga deluje tako da prikuplja informacije iz celog tela kako bi ostao uspravan iu stajanju i u hodanju.
Ljudi imaju tendenciju da ravnotežu uzimaju zdravo za gotovo. Ali svaki korak krije mogućnost pada, a loši padovi su glavni razlog za pogoršanje zdravlja kada ljudi stare. Ako istraživači mogu da razviju pomoćnu tehnologiju za poboljšanje ravnoteže dok se kreću odavde do tamo, to može sprečiti padove i omogućiti ljudima da budu duže aktivni. Superbrz odgovor ovog egzoskeleta donjih ekstremiteta pomaže ovom subjektu da ostane na nogama dok se pod pomera ispod nje.
Korišćenje nosivih robota za pomoć mobilnosti, posebno ravnoteže, odavno je san naučnika i inženjera. Ali dosadašnja istraživanja su se prvenstveno fokusirala na pružanje pomoći na električni pogon kako bi se olakšalo brže ili duže hodanje. Osim nekoliko obećavajućih laboratorijskih istraživačkih uređaja, oblast nosivih robota nije se mnogo fokusirala na ravnotežu.
Tehnološki napredak u protekloj deceniji otvara nove mogućnosti za najsavremenije nosive robote da poboljšaju ravnotežu. Drugi istraživači širom sveta takođe prilagođavaju postojeće sisteme egzoskeleta da pomognu u ravnoteži koristeći biološki inspirisane kontrolne algoritme koji bi vremenom mogli da reaguju brže od refleksnog odgovora čoveka.
Naša studija je dokaz koncepta da egzoskeleti mogu poboljšati ravnotežu u kontrolisanom laboratorijskom okruženju tokom jednostavnog uspravnog zadatka za mlade odrasle osobe bez problema sa ravnotežom. Mnogo toga treba da se uradi kako bi se omogućili nosivi roboti da pomognu u održavanju ravnoteže u svakodnevnom životu i poboljšaju život za osobe sa oštećenjem ravnoteže kao što su starije odrasle osobe ili osobe sa moždanim udarom ili povredom kičmene moždine. Buduće studije će biti potrebne za istraživanje korišćenja egzoskeleta na drugim zglobovima donjih ekstremiteta, kao što su koleno i kuk, kako bi se razvila veštačka inteligencija koja može da predvidi rizik od pada i omogući personalizovanu nadljudsku ravnotežu.
