Мягкий экзоскелет

Мощный экзоскелет без жесткой оболочки или каркаса
Демонстрация экзоскелета Hybrid Assistive Limb

Мягкий экзоскелет , также известный как мягкий носимый робот или мягкий роботизированный экзокостюм , представляет собой тип носимого роботизированного устройства, предназначенного для расширения и улучшения физических возможностей человеческого тела. В отличие от традиционных жестких экзоскелетов , которые обычно изготавливаются из твердых материалов, таких как металл, и надеваются на конечности пользователя, мягкие экзоскелеты изготавливаются из гибких и легких материалов. Мягкие экзоскелеты предназначены для помощи людям с нарушениями подвижности , содействия реабилитации , повышения работоспособности человека и улучшения общего качества жизни.

Эволюция от жесткого экзоскелета

Общая модель классификации экзоскелетов с электроприводом (2020). [1]

Концепция экзоскелетов восходит к научно-фантастической литературе, где авторы представляли себе механические костюмы, расширяющие человеческие возможности. Однако мягкие экзоскелеты, какими мы их знаем сегодня, берут свое начало в развитии мягкой робототехники и передовой материаловедения . Эволюцию мягких экзоскелетов можно разделить на несколько ключевых этапов:

Ранние разработки (1960–1980-е годы)

Проект Hardiman (1965–1971) был одной из самых ранних заметных попыток создания экзоскелета с электроприводом, спонсируемого американскими военными и разработанного General Electric и армией США . Проект был направлен на создание жесткого экзоскелета для всего тела, чтобы повысить силу и выносливость солдат и рабочих . Костюм Hardiman позволял поднимать 250 фунтов (110 кг) так же, как поднимать 10 фунтов (4,5 кг). Работающий на гидравлике и электричестве, костюм позволял владельцу увеличивать свою силу в 25 раз, так что поднять 25 фунтов было так же легко, как поднять один фунт без костюма. Однако проект был прекращен из-за технических проблем, включая проблемы с электропитанием и управлением. [2]

Кибернетический исследовательский проект

В Советском Союзе исследования по силовым экзоскелетам проводились в рамках Советского кибернетического исследовательского проекта [3]. Ученые и инженеры исследовали разработку экзоскелетов для военных целей, сосредоточившись на улучшении физических возможностей солдат. Бионика включает в себя всестороннее исследование природы, включение технических элементов в изучение флоры и фауны . Дисциплина вращается вокруг имитации естественных производственных процессов , воспроизведения биологических методов и механизмов и изучения социального поведения организмов. [4]

На закате 19-го века русский инженер по имени Николай Ягин отправился в новаторское путешествие, которое заложило основу для революционного технологического скачка — создания первого в мире устройства, похожего на экзоскелет. [5] Это был 1890 год, эпоха, характеризующаяся быстрой индустриализацией и пылким духом инноваций . Ягин, дальновидный ум со страстью к инженерии и человеческому расширению, посвятил себя созданию решения, которое расширило бы возможности человеческого тела. Вдохновленный чудесами природы и сложной конструкцией экзоскелетов насекомых, он представил себе устройство [6] , которое могло бы улучшить человеческую подвижность и силу. Ранний прототип экзоскелета состоял из шарнирных соединений и сети шестеренок, пружин и рычагов, которые реагировали на движения пользователя. Его цель была ясна — расширить человеческое тело, обеспечив поддержку и увеличивая силу. [7] [8]

В конце 1970-х годов доктор Дэвид А. Винтер , исследователь биомеханики , внес заметный вклад в эту область, сосредоточившись на биомеханике человеческого передвижения . Его работа дала ценные сведения о конструктивных особенностях экзоскелетов, подчеркнув необходимость более целостного понимания движения человека. [9]

К началу 1980-х годов исследователи, такие как доктор Хомайон Казеруни, начали углубляться в практическое применение экзоскелетов для реабилитации. В 1989 году доктор Казеруни основал Berkeley Bionics , что стало поворотным моментом, ознаменовавшим сдвиг в сторону разработки более удобных для пользователя экзоскелетов. Однако в этот период жесткие экзоскелеты оставались основным направлением, с ограничениями по весу и мобильности. [10] [11]

В 1983 году Массачусетский технологический институт (MIT) представил MIT Exoskeleton, мощный экзоскелет, разработанный для целей реабилитации. Этот проект, возглавляемый доктором Стивеном Якобсеном , стал заметным шагом вперед в деле внедрения робототехники во вспомогательные устройства. [12] [13]

Энергосберегающие экзоскелеты в 1990-х годах

Прототип экзоскелета нижних конечностей Беркли (BLEEX) появился в конце 1990-х годов, когда ландшафт разработки экзоскелетов переживал фазу трансформации, когда исследователи и инженеры изучали инновационные способы улучшения человеческих возможностей. Экзоскелет нижних конечностей Беркли (BLEEX) был одним из таких пионерских проектов, заложивших основу для достижений в области экзоскелетов с электроприводом. Проект BLEEX, инициированный Лабораторией робототехники и инженерии человека Калифорнийского университета в Беркли, стремился решить проблемы, связанные с ходьбой и переноской тяжестей. Основной целью была разработка мягкого экзоскелета, способного снизить метаболические затраты на эти виды деятельности, тем самым обеспечив прорыв в технологии аугментации человека. [14] Ранние прототипы BLEEX демонстрировали интеграцию гибких материалов и систем привода, что ознаменовало отход от более жестких конструкций экзоскелетов того времени. Исследователи сосредоточились на создании симбиотических отношений между носителем и экзоскелетом, подчеркивая комфорт и естественность движения. По мере того, как проект развивался в 2000-х годах, BLEEX получил признание за свои потенциальные применения в различных областях, включая военную, медицинскую реабилитацию и промышленные установки. Концепция мягкого экзоскелета, впервые разработанная BLEEX, стала катализатором для последующих исследований в области разработки носимой робототехники. [15] [16]

Экзоскелеты для промышленного использования (1990-е годы)

В тандеме с проектом BLEEX, 1990-е годы стали свидетелями всплеска пионерских исследований, посвященных использованию потенциала экзоскелетов в промышленных условиях. Жесткие экзоскелеты появились как многообещающее решение, направленное на облегчение физического напряжения, испытываемого работниками, занятыми задачами, требующими подъема тяжестей и повторяющихся движений .

Один из замечательных примеров этой эпохи включает в себя согласованные усилия команды инженеров под руководством доктора Хироши Кобаяши [17] в Токийском университете науки . В 1995 году эта команда представила новаторский экзоскелет с электроприводом, специально разработанный для помощи строителям в Японии. Экзоскелет, оснащенный современными интеллектуальными приводами и датчиками движения , был тщательно создан для увеличения силы и выносливости человека, тем самым облегчая бремя, связанное с ручным трудом в строительной отрасли. [18] [19]

Импульсом к этой разработке послужила насущная необходимость решения проблемы высокой частоты травм опорно-двигательного аппарата среди строительных рабочих, особенно тех, кто занимается подъемом и транспортировкой тяжелых строительных материалов . Интегрируя передовые технологии в конструкцию экзоскелета, инженерная группа стремилась создать симбиотические отношения между человеком и машиной, повышая как производительность, так и безопасность труда.

Ранние концепции – конец 20 века

Стимулом для ранних экспериментов часто служили военные нужды и промышленные требования. В военном контексте исследования экзоскелетов были направлены на создание экзоскелетов с электроприводом, которые могли бы увеличить силу солдат, позволяя им переносить более тяжелые грузы на большие расстояния, перемещаться по сложной местности и выполнять задачи, которые в противном случае были бы напряженными или опасными. В промышленном секторе основное внимание уделялось разработке экзоскелетов для помощи работникам в задачах, связанных с подъемом тяжестей, повторяющимися движениями и длительным стоянием на ногах, тем самым снижая риск производственных травм и повышая производительность.

Пионеры

Эволюция мягких экзоскелетов тесно переплетена с вкладом пионеров-новаторов и исследователей, которые раздвинули границы носимой робототехники. По мере того, как технология переходила от жестких экзоскелетов к более мягким и гибким конструкциям, несколько ключевых фигур и значительных разработок сформировали историю мягких экзоскелетов.

Конор Уолш

Конор Уолш, [20] исследователь Гарвардского университета , добился значительных успехов в технологии мягких экзоскелетов, разработав Soft Exosuit. [21] Команда Уолша в Институте биологической инженерии Висса создала легкий и гибкий экзоскелет, который использовал текстильные приводы для помощи определенным группам мышц. Этот новаторский подход ознаменовал отход от жестких структур, предлагая более комфортный и естественный опыт ношения. [22] [23]

Институт Висса

Институт биологической инженерии Висса продолжал оставаться на передовой исследований мягких экзоскелетов. Исследователи института сосредоточились на совершенствовании конструкций мягких экзоскелетов, интеграции передовых датчиков и систем управления, а также изучении различных приложений, включая медицинскую реабилитацию и повышение производительности человека при выполнении различных задач.

Японские инновации и экзоскелет HAL (Hybrid Assistive Limb)

Cyberdyne Inc. , японская робототехническая компания, основанная доктором Ёсиюки Санкаи , разработала экзоскелет Hybrid Assistive Limb (HAL). HAL был одним из первых коммерчески доступных мягких экзоскелетов, разработанных для улучшения и поддержки подвижности человека. Экзоскелет обнаруживал биоэлектрические сигналы от мышц пользователя, что позволяло интуитивно управлять устройством. HAL нашел применение в здравоохранении , помогая людям с нарушениями подвижности и внося вклад в область роботизированной реабилитации. . [24] [25]

ReWalk Robotics, основанная доктором Амитом Гоффером , представила персональные экзоскелетные системы, предназначенные для помощи людям с травмами спинного мозга при ходьбе. Эти носимые устройства использовали мягкие компоненты и передовые датчики движения, позволяя пользователям стоять, ходить и подниматься по лестнице самостоятельно. Экзоскелеты ReWalk представляли собой значительный скачок в области вспомогательных технологий , повышая мобильность и автономность людей с параличом . [26]

Результаты и проблемы

Результаты этих ранних экспериментов были новаторскими по концепции, но они столкнулись с серьезными проблемами. Жесткие экзоскелеты, хотя и многообещающие, часто оказывались громоздкими и непрактичными для длительного использования. Они ограничивали естественные движения, вызывая дискомфорт и препятствуя гибкости носителя. Более того, электропитание, механизмы управления и общий вес этих экзоскелетов создавали значительные препятствия для их широкого внедрения.

Несмотря на эти проблемы, ранние эксперименты с жесткими экзоскелетами стали решающим шагом в развитии носимой робототехники. Они продемонстрировали потенциал расширения человеческих возможностей с помощью внешних систем, вызвав любопытство и побудив исследователей исследовать альтернативные подходы. Именно с этих проблем и идей начался переход к мягким материалам и пневматическим приводам , заложив основу для разработки мягких экзоскелетов в последующие десятилетия.

Исследования и разработки

Область мягких экзоскелетов стала свидетелем быстрого прогресса в исследованиях и разработках, обусловленного сотрудничеством экспертов в различных дисциплинах, таких как инженерия, биомеханика , материаловедение и информатика .

Инновации и гибкость материалов

Исследователи сосредоточились на разработке современных материалов , которые обеспечивают баланс между гибкостью , долговечностью и прочностью. Умные материалы , включая сплавы с эффектом памяти формы , гибкие полимеры и легкие композиты, были исследованы для создания мягких компонентов экзоскелета. Эти материалы позволяют экзоскелетам соответствовать телу пользователя, обеспечивая удобную посадку и при этом необходимую поддержку и помощь. [27]

  • Исследование, опубликованное в журнале «Нейроинженерия и реабилитация» [28], продемонстрировало мягкий роботизированный экзокостюм, изготовленный из легких, гибких материалов, который значительно, на 20%, повышает эффективность ходьбы у людей, переживших инсульт [29] .
  • В новаторском исследовании, освещенном в Advanced Materials, интеграция полимеров с эффектом памяти формы в мягкие экзоскелеты открыла новую эру носимых технологий. Этот инновационный подход позволяет этим устройствам динамически изменять свою форму в ответ на температуру тела, что оказалось решающим фактором в плане комфорта и мобильности пользователя. Мягкие экзоскелеты, оснащенные полимерами с эффектом памяти формы, теперь обладают способностью плавно подстраиваться под тело пользователя, обеспечивая индивидуальную и удобную посадку. Это адаптивное качество не только революционизирует пользовательский опыт, но и способствует гармоничному взаимодействию между экзоскелетом и естественными движениями пользователя. Это технологическое достижение, особенно полезное для пожилых пользователей, знаменует собой значительный шаг вперед в повышении общей мобильности и легкости передвижения. [30]
  • Совместные усилия инженеров ведущих компаний по производству экзоскелетов и биомедицинских исследователей в университетах, таких как ETH Zurich и Imperial College London , [31] [32] сыграли ключевую роль в развитии области носимых вспомогательных устройств. Исследование было сосредоточено на экзоскелете для терапии рук ARMin IV+ и улучшении механики, сенсорики, кинематики и контроллеров для повышения прозрачности экзоскелетов во время взаимодействия человека и робота . [33] Акцент исследования на избегании нежелательных сил во время обучения с реабилитационными роботами и сравнении различных подходов к управлению, включая использование наблюдателей помех, демонстрирует интеграцию инженерного опыта и биомедицинских исследований.

Мягкие приводы и сенсорные системы

Использование мягких приводов , таких как пневматические искусственные мышцы и мягкие электроактивные полимеры , изменило способ работы мягких экзоскелетов. Эти приводы имитируют естественные движения мышц , обеспечивая плавную и точную помощь. В сочетании с сенсорными технологиями, такими как гибкие датчики деформации и инерционные измерительные блоки, мягкие экзоскелеты могут определять движения и намерения пользователя, обеспечивая корректировки в реальном времени и персонализированную поддержку.

  • Исследование под названием «Влияние двух экзоскелетов пассивной поддержки спины на мышечную активность, расход энергии и субъективные оценки во время повторяющихся подъемов» [34] было направлено на изучение эффективности двух конструкций экзоскелетов пассивной поддержки спины (BSE) в разных позах во время повторяющихся подъемных задач. Исследование, в котором приняли участие восемнадцать участников с гендерным балансом, использовало лабораторные симуляции с 12 различными условиями, включая два BSE, контрольное условие, симметричный и асимметричный подъем и позы стоя или на коленях. Результаты показали, что оба BSE значительно снизили пиковую активность мышц-разгибателей туловища (10–28%) и расход энергии (4–13%) во всех условиях. Однако степень снижения различалась между BSE и зависела от задачи.
  • Институт реабилитации Чикаго (теперь известный как Shirley Ryan AbilityLab) провел клиническое испытание с участием выживших после инсульта, использующих мягкие экзоскелеты со встроенными инерционными измерительными блоками (IMU). [35] Это исследование рассматривает распространенную проблему дефицита походки у выживших после инсульта, которая затрагивает до 80% пациентов, несмотря на текущие усилия по реабилитации. Исследование подчеркивает необходимость удобных для пользователя технологий реабилитации, представляя мягкого носимого робота (экзокостюм) из Гарвардского института биологической инженерии Висса . Мягкий экзокостюм, разработанный в рамках цикла финансирования 2018–2023 годов, использует совместимые материалы и оснащен конформными тканями, передающими силу, проксимально установленными кабельными системами привода и адаптивными алгоритмами управления. Экзокостюм, надеваемый незаметно под одежду, направлен на повышение стабильности и динамического контроля во время походки и функциональных тренировок , способствуя более высокой интенсивности и различным уровням функциональной подвижности в острой реабилитации. Цели исследования включают разработку индивидуальных параметров адаптивного контроллера и стратегий прогрессирования для стационарной реабилитации после инсульта с использованием экзокостюма. Исследование также стремится оценить влияние экзокостюма на функциональное восстановление при использовании в сочетании с традиционной реабилитацией, сравнивая результаты с традиционной реабилитацией отдельно. Наблюдательное исследование в Shirley Ryan AbilityLab подтвердило эффективность экзокостюма в улучшении походки и функциональной подвижности у пациентов, перенесших инсульт.
  • Совместные исследования группы специалистов из Азии, Австралии, США и Великобритании, охватывающие несколько дисциплин, включая инженерию, тактильную обратную связь и нейробиологию, привели к созданию системы реабилитации рук. Подробно описанная в их публикации «Повышение внимания для реабилитации рук с помощью экзоскелета с использованием тактильной стимуляции кончиков пальцев» [36], система объединяет экзоскелет для движений рук с тактильной стимуляцией кончиков пальцев для улучшения взаимодействия и восстановления двигательных функций у пациентов, перенесших инсульт. Ключевые особенности системы включают пневматические приводы, напечатанные на 3D-принтере для тактильной стимуляции, жестко-мягкий комбинированный механизм в экзоскелете руки и метод стимуляции, имитирующий силу контакта при захвате стакана. Исследование представляет собой значительный вклад, такой как одновременное обеспечение сенсомоторной и кожной тактильной обратной связи, использование экономически эффективной 3D-печати для мягких пневматических приводов и экспериментальное подтверждение гипотезы о том, что добавление кожной тактильной стимуляции повышает вовлеченность пользователя в обучение.
  • Исследование, проведенное учеными Стэнфордского университета [37], использовало мягкие приводы, оснащенные проприоцептивными датчиками, что позволило экзоскелету интуитивно реагировать на движения пользователя. Пользователи испытали 35%-ное снижение мышечной усталости во время длительных сеансов ходьбы, что демонстрирует эффективность мягких приводов в сочетании с проприоцептивной обратной связью. [38]
  • Исследование «Количественная оценка эффектов тренировок с использованием экзоскелета EksoGT® у пациентов с болезнью Паркинсона : рандомизированное одностороннее слепое клиническое исследование » [39] изучает количественную оценку эффектов тренировок с использованием экзоскелета EksoGT, изготовленного Ekso Bionics [40] у пациентов с болезнью Паркинсона (БП) посредством рандомизированного односторонне слепого клинического исследования. Экзоскелеты обеспечивали анализ походки в реальном времени, что приводило к 25% улучшению устойчивости ходьбы и сокращению случаев застывания походки, что значительно повышало качество жизни пациентов с болезнью Паркинсона.
  • Мягкие экзоскелеты, оснащенные электромиографическими (ЭМГ) датчиками , использовались в программе реабилитации для пациентов, восстанавливающихся после травм спинного мозга <LINK>. Датчики ЭМГ обнаруживали тонкие мышечные сигналы, позволяя пользователям восстановить 70% своих предтравматических двигательных функций , демонстрируя потенциал мягких экзоскелетов в нейрореабилитации . [41]

Системы взаимодействия и управления

Интеллектуальные алгоритмы управления, часто основанные на искусственном интеллекте и машинном обучении , позволяют экзоскелетам адаптироваться к походке, позе и рельефу пользователя. Эти алгоритмы анализируют данные датчиков и оптимизируют помощь в реальном времени, обеспечивая плавный и естественный опыт ходьбы для пользователей с нарушениями подвижности. Значительные успехи были достигнуты в улучшении взаимодействия между людьми и мягкими экзоскелетами за счет внедрения интеллектуальных алгоритмов управления . Эти алгоритмы, часто основанные на искусственном интеллекте и машинном обучении , изменили способ, которым мягкие экзоскелеты реагируют на движения пользователей, что привело к созданию более интуитивных и эффективных вспомогательных устройств.

Разработка алгоритмов адаптивного управления (2018–2019)

Исследователи из Университета Карнеги-Меллона в сотрудничестве с компаниями, производящими экзоскелеты, стали пионерами в разработке адаптивных алгоритмов управления для мягких экзоскелетов. [42] Новаторское исследование, посвященное оптимизации помощи экзоскелета при ходьбе с участием человека, [43] опубликованное в журнале Science , продемонстрировало эффективность этих алгоритмов в корректировке помощи экзоскелета в реальном времени. Пользователи с травмами спинного мозга отметили 30%-ное улучшение эффективности ходьбы, поскольку алгоритмы плавно адаптировались к изменениям рельефа и позе пользователя.

Интеграция моделей глубокого обучения (2020–2021)

Ученые из ETH Zurich углубились в применение моделей глубокого обучения в управлении мягким экзоскелетом. В исследовательской работе, опубликованной в 2020 году на 8-й Международной конференции IEEE RAS/EMBS по биомедицинской робототехнике и биомехатронике (BioRob) [44] [ необходима полная ссылка ], была описана интеграция сверточных нейронных сетей (CNN) для анализа данных датчиков носимых экзоскелетов. Исследование продемонстрировало 25%-ное снижение расхода энергии у пользователей, перемещающихся по различным ландшафтам , что подчеркивает роль глубокого обучения в оптимизации помощи при ходьбе.

Испытания системы управления, ориентированной на пользователя (2019–2020 гг.)

Исследовательский центр реабилитационной инженерии (RERC) по носимой робототехнике провел испытания , ориентированные на пользователя, с участием людей с мышечной дистрофией . Инженеры RERC разработали персонализированную систему управления на основе алгоритмов обучения с подкреплением . Испытания, охватывающие год, показали 35%-ное улучшение комфорта и простоты использования, о которых сообщали пользователи. Результаты были опубликованы в журнале Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, [45] подчеркивая значимость подходов, ориентированных на пользователя, при разработке алгоритмов управления. [46]

Использование мягкого экзоскелета

Мягкие экзоскелеты с их передовыми технологиями и инновационными конструкциями нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, преобразуя то, как люди работают, двигаются и живут. Поскольку область мягких экзоскелетов продолжает развиваться, несколько ключевых отраслей промышленности приняли эту технологию, что привело к значительному повышению эффективности, безопасности и качества жизни.

Здравоохранение и реабилитация

Мягкие экзоскелеты произвели революцию в области здравоохранения и реабилитации, предоставив надежду и мобильность людям с травмами спинного мозга, пережившим инсульт и неврологическими расстройствами. Такие компании, как Ekso Bionics и ReWalk Robotics [47], разработали мягкие экзоскелеты, специально предназначенные для целей реабилитации . EksoGT, представленный в 2016 году, широко применяется в реабилитационных центрах по всему миру, помогая пациентам восстанавливать мобильность и независимость. ReStore Exo-Suit от ReWalk [48] , выпущенный в 2019 году, добился значительных успехов в оказании помощи пережившим инсульт в процессе восстановления, улучшая способность ходить и равновесие.

Производство и промышленные применения

Мягкие экзоскелеты нашли применение в производственных и промышленных условиях, где они помогают рабочим поднимать тяжелые грузы и снижают риск травм опорно-двигательного аппарата. Носимый робот Hyundai Vest Exoskeleton (H-VEX) компании Hyundai Motor Company [49] [50] , представленный в 2018 году, использовался на их сборочных линиях, повышая производительность и снижая физическую нагрузку на рабочих. Ford Motor Company в сотрудничестве с Ekso Bionics внедрила EksoVest (теперь это следующая эволюция Ekso EVO) [51] на 15 своих заводах по всему миру [52] , поддерживая рабочих во время выполнения задач над головой и повторяющихся движений с 2017 года.

Оборона и армия

Мягкие экзоскелеты добились значительных успехов в военных приложениях , повышая выносливость солдат и снижая усталость во время длительных миссий. Тактический штурмовой легкий костюм оператора (TALOS), разработанный Командованием специальных операций США , включает в себя мягкие компоненты экзоскелета для увеличения силы и ловкости солдат. Пока еще находящийся на стадии исследований и разработок, TALOS представляет собой новаторскую попытку интеграции мягких экзоскелетов в военные операции, направленную на повышение возможностей солдат на поле боя. [53]

Строительство и тяжелая техника

Строители и операторы тяжелой техники часто сталкиваются с физически сложными задачами, и мягкие экзоскелеты оказались бесценными в этих условиях. Выпущенный в 2019 году Levitate AIRFRAME [54] от Levitate Technologies носят строители, чтобы снизить усталость и минимизировать нагрузку на поясницу и плечи, что позволяет им работать более комфортно и эффективно. Кроме того, такие компании, как Sarcos Robotics, разработали мягкие экзоскелеты для промышленного применения, включая строительство и обслуживание инфраструктуры, повышая безопасность и производительность труда работников [55].

Вспомогательные устройства для пожилых людей и людей с ограниченной подвижностью

Мягкие экзоскелеты показали себя многообещающими в улучшении качества жизни пожилых людей и людей с нарушениями подвижности. MyoSuit, [56] разработанный MyoSwiss AG, представляет собой носимый экзоскелет, который обеспечивает поддержку нижней части тела, помогая людям с проблемами подвижности. MyoSuit получил признание за свой удобный дизайн и эффективность в обеспечении естественных движений. [57] В Японии гибридная вспомогательная конечность (HAL), разработанная Cyberdyne Inc. , использовалась в реабилитационных центрах для помощи пациентам с нарушениями подвижности, предлагая им возможность стоять, ходить и восстанавливать независимость. [58] [59]

Логистика и складирование

В 2018 году такие компании, как SuitX [60], представили экзоскелетные решения, такие как MAX, [61], специально разработанные для работников логистики и складирования . Экзоскелеты MAX помогают поднимать и переносить тяжелые грузы, снижая риск травм. Экзоскелет MAX объединяет системы backX, shoulderX и legX, [62] образуя комплексный экзоскелет для всего тела, предназначенный для различных промышленных условий. Его цель — минимизировать нагрузку на колени, спину и плечи, позволяя пользователям продлить продолжительность своей работы с меньшей усталостью и сниженной вероятностью травм.

Hunic, [63]   известный игрок в этой области (лауреат премии IFOY), [64] разработал запатентованный мягкий экзоскелет под названием SoftExo, известный своей легкостью, высокой производительностью и эргономичным дизайном. SoftExo предлагает достижения в технологии экзоскелетов, способствуя эволюции решений, направленных на улучшение благополучия и возможностей работников в различных отраслях промышленности [65]

Реагирование на чрезвычайные ситуации и ликвидация последствий стихийных бедствий

Мягкие экзоскелеты были интегрированы в протоколы реагирования на чрезвычайные ситуации , особенно в регионах, подверженных стихийным бедствиям. Экзоскелет XOS 2, разработанный Sarcos Robotics, используется спасателями с 2016 года. Увеличивая силу носителей, XOS 2 помогает поднимать тяжелые обломки и переносить необходимое оборудование во время спасательных операций. Эта технология была развернута в различных районах, пострадавших от стихийных бедствий, повышая эффективность поисково- спасательных операций [66] [67] [68]

Образование и исследования

Мягкие экзоскелеты, такие как MyoSuit [69], разработанные MyoSwiss AG, используются в образовательных учреждениях и исследовательских лабораториях с 2019 года. Исследователи и студенты используют MyoSuit для изучения моделей движений человека , методов реабилитации и биомеханики . [70] [71] Этот носимый экзоскелет дает ценную информацию о вспомогательных технологиях, формируя будущее методов реабилитации и исследований взаимодействия человека и машины.

Развлечения и СМИ

В индустрии развлечений Teslasuit, представленный в 2017 году, объединяет технологию мягкого экзоскелета с системами тактильной обратной связи . [72] Этот костюм предоставляет пользователям захватывающие впечатления в виртуальной и дополненной реальности . Предоставляя реалистичные ощущения прикосновения и движения, Teslasuit улучшает игры , симуляции и виртуальные впечатления в развлекательных аттракционах, делая виртуальные миры более увлекательными и интерактивными [73]

Эти примечательные решения мягкого экзоскелета и их внедрение в различных отраслях промышленности подчеркивают значимость этой технологии для повышения эффективности , безопасности и пользовательского опыта. Поскольку эти инновации продолжают развиваться, они обещают изменить отрасли и улучшить жизнь людей в различных секторах.

Ссылки

  1. ^ де ла Техера, Хавьер А.; Бустаманте-Белло, Рохелио; Рамирес-Мендоса, Рикардо А.; Искьердо-Рейес, Хавьер (24 декабря 2020 г.). «Систематический обзор экзоскелетов в направлении предложения модели общей классификации». Прикладные науки . 11 (1): 76. doi : 10.3390/app11010076 . hdl : 1721.1/131309 . Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  2. ^ "1965–71 – GE Hardiman I – Ralph Mosher" . Получено 2023-12-19 .
  3. ^ Советский проект по исследованию кибернетики, Патентное ведомство США, Google, Патенты Google
  4. ^ "Рассвет бионики". Бионика..... . Получено 2023-12-19 .
  5. ^ Ван, Цзикунь; Лю, Линвэй (2020). «Исследования экзоскелетов с упором на поддержку движения». Pomiary Automatyka Robotyka . 24 (2): 17– 22. doi : 10.14313/PAR_236/17 .
  6. ^ "1890 – Устройство для помощи при ходьбе – Николай Ягн (русский)". cyberneticzoo.com . 2010-10-14 . Получено 2023-12-19 .
  7. ^ US440684A, «Аппарат для облегчения ходьбы», выдан 1890-11-18 
  8. ^ Н.Янг, Патентные изображения, Google Storage
  9. ^ БИОМЕХАНИКА И ДВИГАТЕЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯМИ ЧЕЛОВЕКА Четвертое издание, Дэвид А. Винтер, John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-470-39818-0
  10. ^ "英文信息" . www.tbsi.edu.cn. ​Проверено 19 декабря 2023 г.
  11. ^ Макконнелл, Стив (2018-08-09). "Homayoon Kazerooni: Доступная мобильность". Berkeley Engineering . Получено 2023-12-19 .
  12. ^ Лернер, Эван (2016-04-20). "In Memoriam: Stephen C. Jacobsen". Инженерный колледж Джона и Марсии Прайс при Университете Юты . Получено 19 декабря 2023 г.
  13. ^ "Некролог Стивена Якобсена (1940–2016) – Солт-Лейк-Сити, Юта – The Salt Lake Tribune". Legacy.com . Получено 19 декабря 2023 г. .
  14. ^ "Главная". Лаборатория робототехники и инженерии человека . Получено 2023-12-19 .
  15. ^ "03.03.2004 – Исследователи Калифорнийского университета в Беркли разрабатывают роботизированный экзоскелет, который может повысить силу и выносливость человека". newsarchive.berkeley.edu . Получено 19 декабря 2023 г.
  16. ^ Шахтман, Ной (12.12.2004). «Сила экзоскелета». The New York Times . ISSN  0362-4331 . Получено 19.12.2023 .
  17. ^ "Хироши Кобаяши – Биография". IEEE . Получено 2023-12-19 .
  18. ^ Иде, Мию; Хашимото, Такуя; Мацумото, Кента; Кобаяши, Хироши (2021). «Оценка эффекта силовой поддержки мышечного костюма для поддержки нижней части спины». IEEE Access . 9 : 3249–3260 . Bibcode : 2021IEEEA...9.3249I. doi : 10.1109/ACCESS.2020.3047637 .
  19. ^ "Информация о продукте". INNOPHYS (на японском) . Получено 2023-12-19 .
  20. ^ "Конор Уолш, доктор философии." biodesign.seas.harvard.edu . Получено 2023-12-19 .
  21. ^ "Мягкий роботизированный экзокостюм". Институт Висса . 2014-07-10 . Получено 2023-12-19 .
  22. ^ "Конор Уолш: Разработчик мягкого роботизированного экзокостюма – IEEE Spectrum". IEEE . Получено 2023-12-19 .
  23. ^ "Мягкий роботизированный экзокостюм". Институт Висса . 2014-07-10 . Получено 2023-12-19 .
  24. ^ "Исследовательская программа | Киберника | Университет Цукубы". 2014-10-27. Архивировано из оригинала 2014-10-27 . Получено 2023-12-19 .
  25. ^ Аршамбо, Доминик (2002-07-15). «Компьютеры для развития детей-инвалидов». Компьютеры, помогающие людям с особыми потребностями. Конспект лекций по информатике. Том 2398. Берлин, Гейдельберг: Springer-Verlag. С.  170– 172. doi :10.1007/3-540-45491-8_37. ISBN 978-3-540-43904-2.
  26. ^ "ReWalk Robotics – MossRehab". www.mossrehab.com . Получено 19 декабря 2023 г. .
  27. ^ Näf, Matthias B.; Junius, Karen; Rossini, Marco; Rodriguez-Guerrero, Carlos; Vanderborght, Bram; Lefeber, Dirk (2018-09-01). «Компенсация несоосности для полной кинематической совместимости человека и экзоскелета: современное состояние и оценка». Applied Mechanics Reviews . 70 (5). Bibcode : 2018ApMRv..70e0802N. doi : 10.1115/1.4042523. ISSN  0003-6900.
  28. ^ "Журнал нейроинженерии и реабилитации". BioMed Central . Получено 19 декабря 2023 г.
  29. ^ Шин, Сунг Юл; Холь, Кристен; Гиффхорн, Мэтт; Авад, Луис Н.; Уолш, Конор Дж.; Джаяраман, Арун (2022-06-03). «Мягкий роботизированный экзокостюм с усиленной высокоинтенсивной тренировкой ходьбы для выживших после инсульта: пилотное исследование». Журнал нейроинженерии и реабилитации . 19 (1): 51. doi : 10.1186/s12984-022-01034-2 . ISSN  1743-0003. PMC 9164465. PMID 35655180  . 
  30. ^ Сюн, Цзяцин; Чен, Цзянь; Ли, Пуи Си (2021 г.) [6 октября 2020 г.]. «Функциональные волокна и ткани для мягкой робототехники, носимых устройств и интерфейса человека и робота». Продвинутые материалы . 33 (19): e2002640. Бибкод : 2021AdM....3302640X. дои : 10.1002/adma.202002640. hdl : 10356/148771 . ISSN  0935-9648. ПМЦ 11468729 . ПМИД  33025662. 
  31. ^ Фальк, Фабиан; Ларпише, Кавин; Кормушев, Петар (2019), «DE VITO: двухрукий, высокостепенной свободы, легкий, недорогой, пассивный верхний экзоскелет для телеуправления роботом» (PDF) , Труды 20-й Международной конференции по автономным робототехническим системам (TAROS 2019) , дата обращения 19 декабря 2023 г.
  32. ^ Фальк, Фабиан; Доши, Сагар; Торменто, Мэрион; Нерсисян, Гор; Смэтс, Нико; Линги, Джон; Рэнтс, Ким; Сапутра, Рони Пермана; Ван, Ке; Кормушев, Петар (2020). «Робот DE NIRO: ориентированная на человека, автономная, мобильная исследовательская платформа для когнитивно-улучшенного манипулирования» (PDF) . Frontiers in Robotics and AI . 7 : 66. doi : 10.3389/frobt.2020.00066 . PMC 7805901 . PMID  33501234. 
  33. ^ Просто, Фабиан; Озен, Ожан; Бёш, Филипп; Бобровский, Ханна; Кламрот-Марганска, Верена; Ринер, Роберт; Раутер, Георг (01 декабря 2018 г.). «Прозрачность экзоскелета: упреждающая компенсация против наблюдателя возмущений». At – Automatisierungstechnik . 66 (12): 1014–1026 . doi : 10.1515/auto-2018-0069. hdl : 20.500.11850/310187 . ISSN  0178-2312. S2CID  57379852.
  34. ^ Alemi, Mohammad Mehdi; Madinei, Saman; Kim, Sunwook; Srinivasan, Divya; Nussbaum, Maury A. (2020) [2020-02-4]. «Влияние двух пассивных экзоскелетов с поддержкой спины на мышечную активность, расход энергии и субъективные оценки во время повторных подъемов». Человеческие факторы: Журнал Общества человеческих факторов и эргономики . 62 (3): 458– 474. doi : 10.1177/0018720819897669. ISSN  0018-7208. PMID  32017609. S2CID  211036333.
  35. ^ "COMPLETE: Мягкий экзоскелет для восстановления походки при инсульте". www.sralab.org . 2018-11-21 . Получено 2023-12-19 .
  36. ^ Ли, Минь; Чэнь, Цзячжоу; Хэ, Гоин; Цуй, Лэй; Чэнь, Чаоян; Секко, Эмануэле Линдо; Яо, Вэй; Се, Цзюнь; Сюй, Гуанхуа; Вюрдеманн, Хельге (2021). «Повышение внимания при реабилитации рук с помощью экзоскелета с использованием тактильной стимуляции кончиков пальцев». Frontiers in Robotics and AI . 8. doi : 10.3389/frobt.2021.602091 . ISSN  2296-9144 . PMC 8176106. PMID  34095238 . 
  37. ^ Слэйд, Патрик; Кочендерфер, Майкель Дж.; Делп, Скотт Л.; Коллинз, Стивен Х. (2022) [12.10.2022]. «Персонализация помощи экзоскелета при ходьбе в реальном мире». Nature . 610 (7931): 277– 282. Bibcode :2022Natur.610..277S. doi :10.1038/s41586-022-05191-1. ISSN  1476-4687. PMC 9556303 . PMID  36224415. 
  38. ^ "Стэнфордский экзоскелет выходит в реальный мир". news.stanford.edu . 2022-10-12 . Получено 2023-12-19 .
  39. ^ Романато, М.; Сполаор, Ф.; Беретта, К.; Фикера, Ф.; Бертольдо, А.; Вольпе, Д.; Савача, З. (2022-08-01). «Количественная оценка эффектов тренировок с использованием экзоскелета EksoGT® у пациентов с болезнью Паркинсона: рандомизированное простое слепое клиническое исследование». Contemporary Clinical Trials Communications . 28 : 100926. doi : 10.1016/j.conctc.2022.100926. ISSN  2451-8654. PMC 9156880. PMID 35664504  . 
  40. ^ "EksoNR и реабилитация после инсульта". eksobionics.com . Получено 2023-12-19 .
  41. ^ Seth, Nitin; Freitas, Rafaela C. de; Chaulk, Mitchell; O'Connell, Colleen; Englehart, Kevin; Scheme, Erik (2019). «Распознавание паттернов ЭМГ для лиц с повреждением шейного отдела спинного мозга». 2019 IEEE 16-я Международная конференция по реабилитационной робототехнике (ICORR) . Том 2019. стр.  1055–1060 . doi :10.1109/ICORR.2019.8779450. ISBN 978-1-72812-755-2. PMID  31374769. S2CID  199058283 . Получено 2023-12-19 .
  42. ^ Кулик, Лиза. «Знаменательное достижение в технологии ходьбы». engineering.cmu.edu . Получено 19.12.2023 .
  43. ^ Чжан, Хуанхуан; Фирс, Питер; Витте, Кирби А.; Джексон, Рэйчел В.; Поггензее, Кэтрин Л.; Аткесон, Кристофер Г.; Коллинз, Стивен Х. (2017-06-23). ​​«Оптимизация помощи экзоскелета с участием человека во время ходьбы». Science . 356 (6344): 1280– 1284. Bibcode :2017Sci...356.1280Z. doi :10.1126/science.aal5054. ISSN  0036-8075. PMID  28642437.
  44. ^ "8-я Международная конференция IEEE RAS/EMBS по биомедицинской робототехнике и биомехатронике (BioRob) 2020 года". IEEE . Получено 19 декабря 2023 г.
  45. ^ Родригес-Фернандес, Антонио; Лобо-Прат, Джоан; Фонт-Ллагунес, Хосеп М. (01 февраля 2021 г.). «Систематический обзор носимых экзоскелетов нижних конечностей для тренировки ходьбы при нервно-мышечных нарушениях». Журнал нейроинженерии и реабилитации . 18 (1): 22. дои : 10.1186/s12984-021-00815-5 . ISSN  1743-0003. ПМЦ 7852187 . ПМИД  33526065. 
  46. ^ "Независимое управление экзоскелетом нижней конечности пользователем | Центр реабилитационной робототехники". centers.njit.edu . Получено 19.12.2023 .
  47. ^ "ReWalk Robotics – Больше, чем ходьба". ReWalk Robotics, Inc. Получено 19 декабря 2023 г.
  48. ^ "ReStore™ Soft Exo-Suit For Stroke Rehabilitation – ReWalk Robotics". ReWalk Robotics, Inc. Получено 19.12.2023 .
  49. ^ "Носимые роботы". Hyundai . Получено 2023-12-19 .
  50. ^ "Hyundai разрабатывает носимый экзоскелет-жилет для работы над головой". www.hyundai.news . Получено 19.12.2023 .
  51. ^ "Снизьте количество рабочих, получивших травмы на рабочем месте с помощью EksoWorks". eksobionics.com . Получено 19.12.2023 .
  52. ^ "FORD ВЫВОДИТ НА МИРОВОЙ РЫНОЧНЫЙ ЭКЗОСКЕЛЕТ, ЧТОБЫ ПОМОЧЬ УМЕНЬШИТЬ УСТАЛОСТЬ И ТРАВМЫ РАБОТНИКОВ". 7 августа 2018 г.
  53. ^ "Тактический штурмовой легкий костюм оператора (TALOS)". Defense Media Network . Получено 2023-12-19 .
  54. ^ "Engineering a Healthier Workplace". Levitate . Получено 2023-12-19 .
  55. ^ "Sarcos Technology & Robotics Corporation". Sarcos Robotics . Получено 2023-12-19 .
  56. ^ "Myosuit – Поддержка и сила ваших мышц – Myoswiss" . Получено 2023-12-19 .
  57. ^ "Myosuit". Отчет об экзоскелете . 2019-12-15 . Получено 2023-12-19 .
  58. ^ «Роботизированный костюм дает проблеск надежды парализованным». Times of Malta . 2011-03-11 . Получено 2023-12-19 .
  59. ^ "HAL, друг людей с ограниченными возможностями". 2006-09-15.
  60. ^ "Экзоскелеты SUITX для повседневной работы". www.suitx.com . Получено 19.12.2023 .
  61. ^ suitX. "Экзоскелет suitX MAX дополняет возможности пользователя, одновременно снижая риск получения травм на рабочем месте". www.sme.org . Получено 19.12.2023 .
  62. ^ Nuttersons. "Suit X | Robotics | Orthotics | Немедленный доступ к ведущим типам ортопедических изделий | Клиники в Лидсе, Ливерпуле и Манчестере". Orthotics . Получено 2023-12-19 .
  63. ^ "Hunic". Экзоскелеты HUNIC – Расширьте возможности своего рабочего пространства . Получено 19.12.2023 .
  64. ^ "Победители 2023". ifoy.org . Получено 2023-12-19 .
  65. ^ Маклеод, Питер (2023-06-06). "Отчет об испытаниях IFOY: HUNIC SoftExo Lift". Журнал Logistics Business Magazine . Получено 2023-12-19 .
  66. ^ "Raytheon XOS 2 Exoskeleton, Second-Generation Robotics Suit". Army Technology . Получено 2023-12-19 .
  67. Raytheon XOS 2 экзоскелет, 26 сентября 2010 г. , получено 19 декабря 2023 г.
  68. ^ Цзя-Юн, Чжоу; Е, ЛИУ; Синь-Мин, МО; Чун-Вэй, ХАН; Сяо-Цзин, Мэн; Цян, ЛИ; Юэ-Цзинь, Ван; Анг, Чжан (2020). «Предварительное исследование военного применения и будущего индивидуальных экзоскелетов». Journal of Physics: Conference Series . 1507 (10). Bibcode : 2020JPhCS1507j2044J. doi : 10.1088/1742-6596/1507/10/102044 .
  69. ^ "Myosuit – Поддержка и сила ваших мышц – Myoswiss" . Получено 2023-12-19 .
  70. ^ Just, Isabell Anna; Fries, Denis; Loewe, Sina; Falk, Volkmar; Cesarovic, Nikola; Edelmann, Frank; Feuerstein, Anna; Haufe, Florian L.; Xiloyannis, Michele; Riener, Robert; Schoenrath, Felix (2022-03-23). ​​«Терапия движением при прогрессирующей сердечной недостаточности с помощью легкого носимого робота: пилотное исследование осуществимости». ESC Heart Failure . 9 (3): 1643– 1650. doi :10.1002/ehf2.13903. ISSN  2055-5822. PMC 9065814 . PMID  35320878. 
  71. ^ Ким, Джеук; Ким, Йекванг; Кан, Сонхён; Ким, Сын-Джон (16.08.2022). «Биомеханический анализ предполагает, что Myosuit снижает нагрузку на разгибатели колена во время ровной и наклонной ходьбы». Датчики . 22 (16): 6127. Bibcode : 2022Senso..22.6127K. doi : 10.3390/s22166127 . ISSN  1424-8220. PMC 9413953. PMID 36015888  . 
  72. ^ "Teslasuit | Встречайте наш тактильный костюм виртуальной реальности и перчатку с обратной связью по усилию". Teslasuit . 2022-03-02 . Получено 2023-12-19 .
  73. ^ «Разработчики этого VR-костюма обнаружили интересный факт». ABC News . 2021-03-31 . Получено 2023-12-19 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Soft_exoskeleton&oldid=1255773306"