Amikor Conor Walsh a MIT végzős hallgatója volt, professzor exoskeleton programjának próbapilótaként járt el. A nagy teljesítményű, merev készüléket kihívást jelentette a viselés és a munka, mivel a felülettel a testtel kellett összekötnie, és arra kényszerítette a felhasználó testét, hogy megfeleljen az eszköz felépítésének, és nem fordítva.
Végül Walsh Harvardba költözött, és megkezdte saját exosuit kutatását. De megjegyezte, hogy a mozgás megkönnyítése érdekében puha, rugalmas rendszerekkel kell dolgoznia. Öt éves munka után a ruháinak segítették a sétálókat 20-25 százalékkal hatékonyabban mozogni, a Science Roboticsban nemrég közzétett kutatása szerint.
"Az általunk alkalmazott megközelítés, és egy csomó más csoport is elkezdene alkalmazni, az az, hogy kis- vagy közepes mértékű segítséget tudsz-e nyújtani, de egy nagyon könnyű és nem korlátozó platformon keresztül?" - mondja Walsh.
A készülék kábelen alapul, amely elősegíti két különböző ízület, a boka és a csípő mozgását. A felhasználó hevedert visel a derék körül, és a hevederek ettől a hevedertől az egyes borjú körül lévő zárójelekig terjednek. A kábel a saroktól a szíjtárcsaig vezet a borjúnál, majd egy kis motorhoz. (Egyelőre a motort és az energiaforrást máshol szereltként tartotta a tanulmány egyszerűsítésének egyik módjaként.)
A lábakra szerelt giroszkópos érzékelők adatokat továbbítanak egy mikrovezérlőhöz, amely értelmezi a sétáló lépését és a motort a megfelelő időben bekapcsolja. Amint a motor a kábelben tekercsel, meghúzza a sarkot, elősegítve a lépést (úgynevezett planáris hajlítás). A derékövnek két célja van: Támogatásként működik, tehát a borjának nem kell annyira nyomást gyakorolnia, hanem segítséget nyújt a csípőízületre is, mivel a szíjtárcsa erője a hevederekkel felfelé kerül.
Walsh és társai négy különféle teljesítményszinten futtatják a készüléket, hogy megnézzék, mi volt a leghatékonyabb.
"Ennek a tanulmánynak a fő célja az volt, hogy megvizsgáljuk, miként növelik az embernek nyújtott segítség mértékét ... milyen típusú válaszokat látunk az embertől?" - mondja Walsh.
Azt találták, hogy még a legmagasabb szintű segítőkészüléknél is (a testtömeg százalékában alkalmazott erővel mérve, maximum 75% -ig) nem láttak fennsíkot; a hatékonyság, amelyet a résztvevők járás közben felhasznált oxigénmennyiségével mértek, folyamatosan felmentek.
"Az ő adatai azt sugallják, hogy ha továbbra is további segítséget szeretne hozzáadni, akkor lehet, hogy nincs korlátozás, és nincs semmi határ arra, hogy mennyit javíthatunk egy személy gázkilométer-kilométer-értékében, ha akarod” - mondja Greg Sawicki. Sawicki sétáló asszisztens gyakorlatokban is dolgozik, mint az észak-karolinai egyetem orvosbiológiai mérnöki docens. Készülékei egy kicsi, könnyű, merev exoskeletonon alapulnak - néha meghajtással, néha rugóval működtetve -, amelyek a boka körül fekszenek.
"Tanulmányainkban más eredményt találtunk, azaz az, hogy gyakran csökken a hozam" - mondja. "Jól teljesítesz egy bizonyos segítségnyújtási pontot, és ha túl sokat adsz, akkor az ember-gép rendszer hatékonysága csökkenni kezd." Azt gyanítja, hogy a különbség némelyike Walsh multi-artikuláris építészetének és az, hogy hogyan magában foglalja a csípő mozgását.
Walsh és Sawicki munkáját mind az orvosi területen alkalmazták, segítve a stroke áldozatait, vagy a sclerosis multiplexben szenvedő betegeket, vagy más életkorral összefüggő sérüléseket és betegségeket mobilitásuk fokozása érdekében. Walsh együttműködött a ReWalk Robotics céggel, hogy kifejlesszen rendszereket ezekre az alkalmazásokra. De van egy második fontos alkalmazás, amely segített Walsh-nak a DARPA-forrás megszerzésében: A nehéz felszerelést átváltó katonák egy nap használhatnák az ilyen öltönyt, hogy segítsenek távolabb menni, többet szállítani és kevesebb fáradtságot élvezni.
Mindkét cél elérése érdekében Walsh finomította a textíliákat, a működtető rendszereket és a vezérlőket, hogy az ilyen öltönyök realisztikusabbak legyenek a laboron kívül. "Az e téren elért haladás az emberek, a fiziológia, a biomechanika megértésével, valamint a robotikát és a technológiát megértő emberekkel való együttműködés révén jön létre" - mondja. Ez egy multidiszciplináris megközelítés, amely a tervezést és az ergonómiát, valamint a biomechanikát, a szoftverfejlesztést és a robotikát is magában foglalja. Mindenki kicsit másképp jár, tehát a rendszernek legalább részben testreszabhatónak kell lennie. És akkor ott van a súly.
„A legnagyobb kihívás a működtetés hatalom sűrűsége” - mondja Sawicki, rámutatva, hogy az akkumulátorok és a motorok a sétálóra való helyezése ahelyett, hogy egy közeli állványra támaszkodnának, ahogy Walsh tette, csökkentheti a hatékonyságot. Mindaddig, amíg az akkumulátor és a motor technológiája nem javul, az energiafogyasztás bármilyen növekedéséhez a tömeg növelésére van szükség, ez a kompromisszum, amely egyelőre minden ilyen járókerületben rejlik. "Van ez az alapvető szabály, hogy ha hatalmasabb akar lenni, akkor nehezebbnek kell lennie, amikor a motorokról van szó."
