✖


Jump to content

Мягкий экзоскелет

Add links
Демонстрация Hybrid Assistive Limb экзоскелета

Мягкий экзоскелет , также известный как мягкий носимый робот или мягкий роботизированный экзокостюм , представляет собой тип носимого роботизированного устройства, предназначенного для увеличения и улучшения физических способностей 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 ограниченной подвижностью , помощи в реабилитации , повышения работоспособности человека и улучшения общего качества жизни.

Эволюция жесткого экзоскелета

[ редактировать ]
Общая модель классификации экзоскелетов [1]

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

Ранние разработки (1960–1980-е годы)

[ редактировать ]

Проект Хардиман (1965–1971) был одной из первых заметных попыток создания экзоскелета с электроприводом. Это был проект Хардиман, спонсируемый военными США и разработанный General Electric и армией США . Целью проекта было создание жесткого экзоскелета всего тела для повышения силы и выносливости солдат и рабочих . В костюме Hardiman подъем 250 фунтов (110 кг) ощущался как подъем 10 фунтов (4,5 кг). Приводимый в действие гидравликой и электричеством костюм позволял владельцу увеличить 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, в том числе проблем с электроснабжением и управлением. [2]

Кибернетический исследовательский проект

[ редактировать ]

В Советском Союзе исследования энергетических экзоскелетов проводились в рамках Советского проекта кибернетических исследований. [3] Ученые и инженеры изучали возможность разработки экзоскелетов для военного применения, уделяя особое внимание повышению физических возможностей солдат. Бионика предполагает всестороннее исследование природы, включающее технические элементы 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 XIX века русский инженер Николай Ягин отправился в революционное путешествие, которое заложит основу для революционного технологического скачка – создания первого в мире устройства, похожего на экзоскелет. [5] Это был 1890 год, эпоха, характеризующаяся быстрой индустриализацией и горячим духом инноваций . Ягин, дальновидный ум, страстно увлеченный инженерией и усовершенствованием человека, посвятил себя разработке решения, которое расширило бы возможности человеческого тела. Вдохновленный чудесами природы и сложной конструкцией экзоскелетов насекомых, он придумал устройство [6] это могло бы повысить мобильность и силу человека. Ранний прототип экзоскелета состоял из шарнирных соединений и сети шестерен, пружин и рычагов, которые реагировали на движения пользователя. Его цель была ясна – увеличить человеческое тело, обеспечить поддержку и увеличить силу. [7] [8]

В конце 1970-х годов доктор Дэвид А. Винтер , исследователь биомеханики , внес заметный вклад в эту область, сосредоточив внимание на биомеханике передвижения человека . Его работа предоставила ценную информацию о принципах проектирования экзоскелетов, подчеркнув необходимость более целостного понимания движений человека. [9]

К началу 1980-х годов такие исследователи, как доктор Хомаюн Казеруни, начали углубляться в практическое применение экзоскелетов для реабилитации. В 1989 году доктор Казеруни основал компанию Berkeley Bionics . Это был поворотный момент, ознаменовавший сдвиг в сторону разработки более удобных для пользователя экзоскелетов. Однако в этот период в центре внимания оставались жесткие экзоскелеты с ограничениями по весу и мобильности. [10] [11]

В 1983 году Массачусетский технологический институт (MIT) представил MIT Exoskeleton — экзоскелет с электроприводом, предназначенный для целей реабилитации. Этот проект, возглавляемый доктором Стивеном Джейкобсеном , стал заметным шагом вперед во включении робототехники в вспомогательные устройства. [12] [13]

Энергоэкзоскелеты в 1990-е годы

[ редактировать ]

Прототип экзоскелета нижних конечностей Беркли (BLEEX) возник в конце 1990-х годов, когда сфера разработки экзоскелетов переживала трансформационную фазу, когда исследователи и инженеры изучали инновационные способы расширения человеческих возможностей. Экзоскелет нижних конечностей Беркли (BLEEX) был одним из таких новаторских проектов, заложивших основу для развития экзоскелетов с электроприводом. Проект BLEEX, инициированный Лабораторией робототехники и человеческой инженерии в Калифорнийского университета Беркли, был направлен на решение проблем, связанных с ходьбой и переноской тяжелых грузов. Основная цель заключалась в разработке мягкого экзоскелета, способного снизить метаболические затраты на эти виды деятельности, тем самым обеспечив прорыв в технологии аугментации человека. [14] Ранние прототипы BLEEX продемонстрировали интеграцию гибких материалов и систем привода, что ознаменовало отход от более жестких конструкций экзоскелетов того времени. Исследователи сосредоточились на создании симбиотических отношений между пользователем и экзоскелетом, подчеркивая комфорт и естественность движений. По мере продвижения проекта в 2000-е годы BLEEX получил признание за свое потенциальное применение в различных областях, включая военную технику, медицинскую реабилитацию и промышленность . Концепция мягкого экзоскелета, впервые предложенная BLEEX, стала катализатором последующих исследований в области разработки носимой робототехники. [15] [16]

Экзоскелеты для промышленного использования (1990-е)

[ редактировать ]

Одновременно с проектом BLEEX в 1990-е годы произошел всплеск новаторских исследований, посвященных использованию потенциала экзоскелетов в промышленных условиях. Жесткие экзоскелеты стали многообещающим решением, направленным на облегчение физического напряжения, с которым сталкиваются работники, выполняющие задачи, требующие поднятия тяжестей и повторяющихся движений .

Одним из замечательных примеров этой эпохи являются совместные усилия группы инженеров под руководством доктора Хироши Кобаяши. [17] в Токийском научном университете . В 1995 году эта команда представила революционный 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]

Стимулом к ​​этому развитию послужила острая необходимость решения проблемы высокой распространенности скелетно-мышечных травм среди строительных рабочих, особенно тех, кто выполняет задачи, требующие подъема и транспортировки тяжелых строительных материалов . Интегрируя передовые технологии в конструкцию экзоскелета, команда инженеров стремилась создать симбиотические отношения между человеком и машиной, повышая как производительность, так и безопасность труда.

Ранние концепции - конец 20 века.

[ редактировать ]

Стимулом к ​​первым экспериментам часто служили военные нужды и потребности промышленности. В военном контексте исследования экзоскелетов были направлены на создание экзокостюмов 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 тяжелыми или опасными. В промышленном секторе основное внимание уделялось разработке экзоскелетов, которые помогут работникам выполнять задачи, связанные с подъемом тяжестей, повторяющимися движениями и длительным периодом стояния, тем самым снижая риск производственных травм и повышая производительность.

Пионеры

[ редактировать ]

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

Конор Уолш

[ редактировать ]

Конор Уолш, [20] Исследователь Гарвардского университета добился значительных успехов в технологии мягкого экзоскелета, разработав мягкий экзокостюм. [21] Команда Уолша из Института биологической инженерии Висса создала легкий и гибкий экзоскелет, в котором использовались текстильные приводы для оказания помощи определенным группам мышц. Этот новаторский подход ознаменовал отход от жестких конструкций, предлагая более комфортное и естественное ношение. [22] [23]

Институт Висса

[ редактировать ]

Институт биологической инженерии Висса продолжал оставаться в авангарде исследований мягкого экзоскелета. Исследователи института сосредоточились на совершенствовании конструкции мягких экзокостюмов, интеграции современных датчиков и систем управления, а также изучении различных приложений, включая медицинскую реабилитацию и повышение работоспособности человека при выполнении различных задач.

Японские инновации и экзоскелет HAL (Hybrid Assistive Limb)

[ редактировать ]

Cyberdyne Inc. , японская робототехническая компания, основанная доктором Ёсиюки Санкаи , разработала экзоскелет Hybrid Assistive Limb (HAL). HAL был одним из первых коммерчески доступных мягких экзоскелетов, предназначенных для повышения и поддержки мобильности человека. Экзоскелет улавливал биоэлектрические сигналы от мышц пользователя, обеспечивая интуитивное управление устройством. HAL нашла применение в здравоохранении , помогая людям с ограниченными возможностями передвижения и внося свой вклад в область роботизированной реабилитации. . [24] [25]

Компания ReWalk Robotics, основанная доктором Амитом Гоффером , представила системы персонального экзоскелета, предназначенные для помощи людям с травмами спинного мозга при ходьбе. В этих носимых устройствах использовались мягкие компоненты и усовершенствованные датчики движения, позволяющие пользователям самостоятельно стоять, ходить и подниматься по лестнице. Экзоскелеты ReWalk представляют собой значительный прорыв в вспомогательных технологиях , повышая мобильность и автономность людей с параличом . [26]

Результаты и проблемы

[ редактировать ]

Результаты этих ранних экспериментов были новаторскими по своей концепции, однако они столкнулись с огромными проблемами. Жесткие экзоскелеты, хотя и были многообещающими, часто оказывались громоздкими и непрактичными для длительного использования. Они ограничивали естественные движения, вызывая дискомфорт и снижая ловкость владельца. Более того, источник питания, механизмы управления и общий вес этих экзоскелетов создавали серьезные препятствия для их широкого внедрения.

Несмотря на эти проблемы, первые эксперименты с жесткими экзоскелетами стали решающим шагом в эволюции носимой робототехники. Они продемонстрировали потенциал расширения человеческих способностей с помощью внешних систем, вызвав любопытство и побудив исследователей к изучению альтернативных подходов. 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

[ редактировать ]

В области мягких экзоскелетов наблюдается быстрый прогресс в исследованиях и разработках, обусловленный сотрудничеством экспертов в различных дисциплинах, таких как инженерия, биомеханика , материаловедение и информатика .

Инновации в материалах и гибкость

[ редактировать ]

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

  • Исследование, опубликованное в журнале NeuroEngineering and Rehabilitation. [28] продемонстрировала мягкий роботизированный экзокостюм, изготовленный из легких и гибких материалов, который значительно повышает эффективность походки у людей, переживших инсульт, на 20%. [29]
  • В новаторском исследовании, опубликованном в журнале Advanced Materials, интеграция полимеров с памятью формы в мягкие экзоскелеты открыла новую эру носимых технологий. Этот инновационный подход позволяет этим устройствам динамически изменять свою форму в зависимости от температуры тела. Эта функция, как оказалось, меняет правила игры с точки зрения комфорта и мобильности пользователя. Мягкие экзоскелеты, оснащенные полимерами с памятью формы, теперь обладают способностью плавно приспосабливаться к телу пользователя, обеспечивая индивидуальную и удобную посадку. Это адаптивное качество не только меняет пользовательский опыт, но и способствует гармоничному взаимодействию экзоскелета с естественными движениями пользователя. Это технологическое достижение, особенно полезное для пожилых пользователей, знаменует собой значительный шаг вперед в повышении общей мобильности и простоты передвижения. [30]
  • Совместные усилия инженеров ведущих компаний, производящих экзоскелеты, и биомедицинских исследователей из университетов, таких как ETH Zurich и Imperial College London , [31] [32] сыграли ключевую роль в развитии области носимых вспомогательных устройств. Исследования были сосредоточены на экзоскелете для терапии рук ARMin IV+, а также на совершенствовании механики, сенсорики, кинематики и контроллеров для повышения прозрачности экзоскелетов во время взаимодействия человека и робота . [33] Акцент исследования на предотвращении нежелательных сил во время тренировок с реабилитационными роботами и сравнении различных подходов к управлению, включая использование наблюдателей за возмущениями, демонстрирует интеграцию инженерного опыта и биомедицинских исследований.

Мягкие приводы и сенсорные системы

[ редактировать ]

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 обнаруживать движения и намерения пользователя, обеспечивая корректировку в реальном времени и персонализированную поддержку.

  • Исследование под названием «Влияние двух экзоскелетов с пассивной поддержкой спины на мышечную активность, расход энергии и субъективные оценки во время повторяющихся подъемов». [34] Целью исследования было исследование эффективности двух конструкций экзоскелетов с пассивной поддержкой спины (BSE) в разных позах во время повторяющихся подъемных задач. В исследовании, в котором приняли участие восемнадцать гендерно-сбалансированных участников, использовалось лабораторное моделирование с 12 различными условиями, в том числе двумя BSE, контрольным состоянием, симметричным и асимметричным подъемом тяжестей, а также позами стоя или на коленях. Результаты показали, что оба BSE значительно снижали пиковую активность мышц-разгибателей туловища (10–28%) и расход энергии (4–13%) во всех условиях. Однако степень снижения варьировалась в зависимости от ГЭКРС и зависела от выполняемой задачи.
  • Чикагский реабилитационный институт (ныне известный как лаборатория Ширли Райан) провел клиническое исследование с участием людей, переживших инсульт, с использованием мягких экзоскелетов со встроенными инерционными измерительными блоками (IMU). [35] В этом исследовании рассматривается распространенная проблема нарушений походки у перенесших инсульт, от которой страдают до 80% пациентов, несмотря на текущие усилия по реабилитации. Исследование подчеркивает необходимость создания удобных для пользователя технологий реабилитации, представляя мягкого носимого робота (экзокостюм) от Гарвардского института биологической инженерии Висса . Мягкий экзокостюм, разработанный в рамках цикла финансирования 2018–2023 годов, использует совместимые материалы и включает в себя конформный текстиль, передающий силу, проксимально монтируемые кабельные системы срабатывания и адаптивные алгоритмы управления. Экзокостюм, который можно носить незаметно под одеждой, призван повысить стабильность и динамический контроль во время походки и функциональных тренировок , способствуя более высокой интенсивности и различным уровням функциональной подвижности при неотложной реабилитации. Цели исследования включают разработку индивидуальных параметров адаптивного контроллера и стратегий прогрессирования для стационарной реабилитации после инсульта с использованием экзокостюма. Исследование также направлено на оценку влияния экзокостюма на функциональное восстановление при использовании в сочетании с традиционной реабилитацией, сравнивая результаты только с традиционной реабилитацией. Наблюдательное исследование в Shirley RyanabilityLab подтвердило эффективность экзокостюма в улучшении походки и функциональной подвижности у пациентов, перенесших инсульт.
  • Совместные исследования группы из Азии, Австралии, США и Великобритании, охватывающей несколько дисциплин, включая инженерию, тактильную обратную связь и нейробиологию, привели к созданию системы реабилитации рук. Подробно в их публикации «Усиление внимания при реабилитации рук с помощью экзоскелета с использованием тактильной стимуляции кончиков пальцев». [36] Система сочетает в себе экзоскелет для движений рук с тактильной стимуляцией кончиков пальцев для улучшения взаимодействия и двигательных функций восстановления у пациентов, перенесших инсульт. Ключевые особенности системы включают напечатанные на 3D-принтере пневматические приводы для тактильной стимуляции, комбинированный жестко-мягкий механизм в экзоскелете руки и метод стимуляции, имитирующий контактную силу захвата стекла. В исследовании представлены такие заметные достижения, как одновременное обеспечение сенсомоторной и кожной тактильной обратной связи, использование экономичной 3D-печати для мягких пневматических приводов и экспериментальная проверка гипотезы о том, что добавление кожной тактильной стимуляции повышает вовлеченность пользователей в обучение.
  • Исследование, проведенное учеными из Стэнфордского университета [37] использовали мягкие приводы, оснащенные проприоцептивными датчиками, позволяющие экзоскелету интуитивно реагировать на движения пользователя. Пользователи ощутили снижение мышечной усталости на 35 % во время длительных занятий ходьбой, что продемонстрировало 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 одинарное слепое клиническое исследование » [39] исследует количественную оценку эффектов тренировок с использованием EksoGT, разработанного Ekso Bionics. [40] экзоскелет у пациентов с болезнью Паркинсона (БП) в ходе рандомизированного одинарного слепого клинического исследования. Экзоскелеты обеспечивали анализ походки в режиме реального времени, что привело к улучшению стабильности ходьбы на 25% и уменьшению случаев замирания походки, что значительно улучшило качество жизни пациентов с болезнью Паркинсона.
  • Мягкие экзоскелеты, оснащенные электромиографическими (ЭМГ) датчиками, использовались в программе реабилитации пациентов, восстанавливающихся после травм спинного мозга <ССЫЛКА>. Датчики ЭМГ обнаруживали тонкие мышечные сигналы, позволяя пользователям восстановить 70% двигательных функций, которые они имели до травмы , демонстрируя потенциал мягких экзоскелетов в нейрореабилитации . [41]

Системы взаимодействия и управления

[ редактировать ]

Интеллектуальные алгоритмы управления, часто основанные на искусственном интеллекте и машинном обучении , позволяют экзоскелетам адаптироваться к походке, позе и местности пользователя. Эти алгоритмы анализируют данные датчиков и оптимизируют помощь в режиме реального времени, обеспечивая плавную и естественную ходьбу для пользователей с ограниченной подвижностью. Значительные успехи были достигнуты в улучшении взаимодействия между людьми и мягкими экзоскелетами за счет внедрения интеллектуальных управления алгоритмов . Эти алгоритмы, часто основанные на искусственном интеллекте и машинном обучении , изменили способ реагирования мягких экзоскелетов на движения пользователей, что привело к появлению более интуитивно понятных и эффективных вспомогательных устройств.

Разработка алгоритмов адаптивного управления (2018–2019)

[ редактировать ]

Исследователи из Университета Карнеги-Меллон в сотрудничестве с компаниями, производящими экзоскелеты, стали пионерами в разработке алгоритмов адаптивного управления мягкими экзоскелетами. [42] Революционное исследование: оптимизация помощи экзоскелета во время ходьбы с участием человека [43] опубликованные в журнале Science продемонстрировали эффективность этих алгоритмов при настройке помощи экзоскелета в режиме реального времени. Пользователи с травмами спинного мозга почувствовали улучшение эффективности ходьбы на 30%, поскольку алгоритмы легко адаптировались к изменениям местности и позы пользователя.

Интеграция моделей глубокого обучения (2020–2021 гг.)

[ редактировать ]

Ученые из ETH Zurich углубились в применение моделей глубокого обучения для управления мягким экзоскелетом. Исследовательская статья, опубликованная на 8-й Международной конференции IEEE РАН/EMBS по биомедицинской робототехнике и биомехатронике (BioRob) в 2020 году. [44] [ нужна полная цитата ] описал интеграцию сверточных нейронных сетей (CNN) для анализа данных датчиков носимых экзоскелетов. Исследование продемонстрировало снижение затрат энергии на 25% у пользователей, перемещающихся по разнообразной местности , подчеркивая роль глубокого обучения в оптимизации помощи при походке.

Испытания пользовательско-ориентированной системы управления (2019–2020 гг.)

[ редактировать ]

Научно-исследовательский центр реабилитационной инженерии (RERC) по носимой робототехнике провел ориентированные на пользователя испытания с участием людей с мышечной дистрофией . Инженеры RERC разработали персонализированную систему управления , основанную на алгоритмах обучения с подкреплением . Испытания, продолжавшиеся год, показали улучшение комфорта и простоты использования, о которых сообщают пользователи, на 35%. Результаты были опубликованы в журнале NeuroEngineering and Rehabilitation. [45] подчеркивая важность подходов, ориентированных на пользователя, в разработке алгоритмов управления. [46]

Использование мягкого экзоскелета

[ редактировать ]

Мягкие экзоскелеты, благодаря своим передовым технологиям и инновационному дизайну, нашли широкое применение в различных отраслях, меняя то, как люди работают, передвигаются и живут. Поскольку область мягких экзоскелетов продолжает развиваться, несколько ключевых отраслей промышленности внедрили эту технологию, что привело к значительному повышению эффективности, безопасности и качества жизни.

Здравоохранение и реабилитация

[ редактировать ]

Мягкие экзоскелеты произвели революцию в сфере здравоохранения и реабилитации, давая надежду и мобильность людям с травмами спинного мозга, перенесшим инсульт и неврологическими расстройствами. Такие компании, как Ekso Bionics и ReWalk Robotics. [47] разработали мягкие экзоскелеты, специально предназначенные для реабилитации целей . EksoGT, представленный в 2016 году, получил широкое распространение в реабилитационных центрах по всему миру, помогая пациентам восстановить мобильность и независимость. Экзокостюм ReStore от ReWalk, [48] запущенный в 2019 году, он добился значительных успехов в оказании помощи людям, пережившим инсульт, в процессе их восстановления, улучшении способностей ходьбы и баланса.

Производство и промышленное применение

[ редактировать ]

Мягкие экзоскелеты нашли применение в производственных и промышленных условиях, где они помогают работникам поднимать тяжелые грузы и снижают риск травм опорно-двигательного аппарата. Носимый робот Hyundai Motor Company , Hyundai Vest Exoskeleton (H-VEX), [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 ЭксоВест (теперь это следующая эволюция Эксо ЭВО) [51] на 15 своих заводах по всему миру, [52] поддержка работников при выполнении работ над головой и повторяющихся движений с 2017 года.

Оборона и Военные

[ редактировать ]

Мягкие экзоскелеты добились значительных успехов в военном применении солдат , повышая выносливость и снижая утомляемость во время длительных миссий. Тактический штурмовой легкий костюм оператора (TALOS), разработанный Командованием специальных операций США , включает в себя мягкие компоненты экзоскелета, увеличивающие силу и ловкость солдат. Находясь еще на стадии исследований и разработок, TALOS представляет собой новаторскую попытку интеграции мягких экзоскелетов в военные операции с целью повышения возможностей солдат на поле боя. [53]

Строительная и тяжелая техника

[ редактировать ]

Строительные рабочие и операторы тяжелой техники часто сталкиваются с тяжелыми физическими задачами, и мягкие экзоскелеты оказались неоценимыми в таких условиях. Модель Levitate AIRFRAME, выпущенная в 2019 году. [54] от Levitate Technologies носят строители, чтобы уменьшить усталость и минимизировать нагрузку на поясницу и плечи, позволяя 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

[ редактировать ]
См. Также: Вспомогательные технологии.

Мягкие экзоскелеты доказали свою эффективность в улучшении качества жизни пожилых людей и людей с ограниченной подвижностью. Миокостюм, [56] Разработанный MyoSwiss AG, это носимый экзоскелет, обеспечивающий поддержку нижней части тела и помогающий людям с ограниченными возможностями передвижения. MyoSuit получил признание за свой удобный дизайн и эффективность в обеспечении естественных движений. [57] В Японии гибридная вспомогательная конечность (HAL), разработанная Cyberdyne Inc. , используется в реабилитационных центрах для помощи пациентам с нарушениями подвижности, предлагая им возможность стоять, ходить и восстанавливать независимость. [58] [59]

Логистика и складирование

[ редактировать ]

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

Хуник, [63] выдающийся игрок в этой области (лауреат премии IFOY), [64] разработала запатентованный мягкий экзоскелет SoftExo, известный своей легкостью, высокой производительностью и эргономичным дизайном. SoftExo предлагает достижения в технологии экзоскелетов, способствуя развитию решений, направленных на повышение благосостояния и возможностей работников в различных отраслях. [65]

Чрезвычайное реагирование и помощь при стихийных бедствиях

[ редактировать ]

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

Образование и исследования

[ редактировать ]

Мягкие экзоскелеты, такие как MyoSuit. [69] Разработанные компанией MyoSwiss AG, с 2019 года работают в образовательных учреждениях и исследовательских лабораториях. 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 реабилитационных практик и исследований взаимодействия человека и машины.

Развлечения и СМИ

[ редактировать ]

В индустрии развлечений костюм Teslasuit, представленный в 2017 году, объединяет технологию мягкого экзоскелета с системами тактильной обратной связи . [72] Этот костюм предоставляет пользователям захватывающий опыт в средах виртуальной и дополненной реальности . Обеспечивая реалистичные ощущения прикосновения и движения, костюм Tesla расширяет возможности игр , симуляций и виртуальных впечатлений от развлекательных аттракционов, делая виртуальные миры более увлекательными и интерактивными. [73]

Эти выдающиеся решения в области мягких экзоскелетов и их внедрение в различных отраслях подчеркивают важность этой технологии в повышении эффективности , безопасности и удобства пользователей. Поскольку эти инновации продолжают развиваться, они обещают изменить отрасли и улучшить жизнь людей в различных секторах.

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Ткача, Хавьер А.; Бустаманте-Белл, Роджер; Рамирес-Мендоса, Ричард А.; Левые-Кингс, Хавьер (24 декабря 2020 г.). «Систематический обзор экзоскелетов в направлении предложения общей модели категоризации » Прикладные науки . 11 (1):76.doi : 10.3390 /app11010076 . Текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
  2. ^ «1965–71 – Дж. Е. Хардиман I – Ральф Мошер» . Проверено 19 декабря 2023 г.
  3. ^ Советский исследовательский проект кибернетики , , Патентное ведомство США, Google, Патенты Google
  4. ^ «Рассвет бионики» . Бионика..... . Проверено 19 декабря 2023 г.
  5. ^ Ван, Цзикунь; Лю, Линвэй (2020). «Исследование экзоскелетов с акцентом на поддержку локомоции» . Помяры Автоматика Роботика . 24 (2): 17–22. дои : 10.14313/PAR_236/17 .
  6. ^ «1890 – Аппарат для ходьбы – Николай Ягн (Русский)» . www.cyberneticzoo.com . 14 октября 2010 г. Проверено 19 декабря 2023 г.
  7. ^ US440684A , «Аппарат для облегчения ходьбы», выпущен 18 ноября 1890 г.  
  8. ^ Н.Янг, Патентные изображения, Хранилище Google.
  9. ^ БИОМЕХАНИКА И МОТОРНЫЙ КОНТРОЛЬ ДВИЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА , четвертое издание, Дэвид А. Винтер, John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-470-39818-0
  10. ^ «Информация на английском языке» www.tbsi.edu.cn Проверено 19 декабря 2023 г.
  11. ^ МакКоннелл, Стив (9 августа 2018 г.). «Хомайун Казеруни: Доступная мобильность» . Беркли Инжиниринг . Проверено 19 декабря 2023 г.
  12. ^ Лернер, Эван (20 апреля 2016 г.). «Памяти: Стивена К. Якобсена» . Инженерный колледж Джона и Марсии Прайс при Университете Юты . Проверено 19 декабря 2023 г.
  13. ^ «Некролог Стивена Джейкобсена (1940–2016) - Солт-Лейк-Сити, Юта - The Salt Lake Tribune» . Legacy.com . Проверено 19 декабря 2023 г.
  14. ^ "Дом" . Лаборатория робототехники и инженерии человека . Проверено 19 декабря 2023 г.
  15. ^ «03.03.2004 – Исследователи Калифорнийского университета в Беркли разрабатывают роботизированный экзоскелет, который может повысить силу и выносливость человека» . newsarchive.berkeley.edu . Проверено 19 декабря 2023 г.
  16. ^ Шахтман, Ной (12 декабря 2004 г.). «Сила экзоскелета» . Нью-Йорк Таймс . ISSN   0362-4331 . Проверено 19 декабря 2023 г.
  17. ^ «Хироши Кобаяши – Биография» . ИИЭЭ . Проверено 19 декабря 2023 г.
  18. ^ Иде, Мию; Хашимото, Такуя; Мацумото, Кента; Кобаяши, Хироши (2021). «Оценка вспомогательного эффекта мышечного костюма для поддержки поясницы» . Доступ IEEE . 9 : 3249–3260. Бибкод : 2021IEEA...9.3249I . дои : 10.1109/ACCESS.2020.3047637 .
  19. ^ «Информация о продукте» . ИННОФИС (на японском языке) . Проверено 19 декабря 2023 г.
  20. ^ «Конор Уолш, доктор философии». biodesign.seas.harvard.edu . Проверено 19 декабря 2023 г.
  21. ^ «Мягкий роботизированный экзокостюм» . Институт Висса . 10 июля 2014 г. Проверено 19 декабря 2023 г.
  22. ^ «Конор Уолш: разработчик мягкого роботизированного экзокостюма - IEEE Spectrum» . ИИЭЭ . Проверено 19 декабря 2023 г.
  23. ^ «Мягкий роботизированный экзокостюм» . Институт Висса . 10 июля 2014 г. Проверено 19 декабря 2023 г.
  24. ^ «Исследовательская программа | Киберника | Университет Цукубы» . 27 октября 2014 г. Архивировано из оригинала 27 октября 2014 г. Проверено 19 декабря 2023 г.
  25. ^ Аршамбо, Доминик (15 июля 2002 г.). «Компьютеры для развития детей раннего возраста с ограниченными возможностями». Компьютеры помогают людям с особыми потребностями . Конспекты лекций по информатике. Том. 2398. Берлин, Гейдельберг: Springer-Verlag. стр. 170–172. дои : 10.1007/3-540-45491-8_37 . ISBN  978-3-540-43904-2 .
  26. ^ «ReWalk Robotics – MossRehab» . www.mossrehab.com . Проверено 19 декабря 2023 г.
  27. ^ Наф, Матиас Б.; Юниус, Карен; Россини, Марко; Родригес-Герреро, Карлос; Вандерборг, Брэм; Лефебер, Дирк (01 сентября 2018 г.). «Компенсация смещения для полной кинематической совместимости человека и экзоскелета: современное состояние и оценка» . Обзоры прикладной механики . 70 (5). Бибкод : 2018ApMRv..70e0802N . дои : 10.1115/1.4042523 . ISSN   0003-6900 .
  28. ^ «Журнал нейроинженерии и реабилитации» . БиоМед Централ . Проверено 19 декабря 2023 г.
  29. ^ Шин, Сон Юл; Холь, Кристен; Гифхорн, Мэтт; Авад, Луи Н.; Уолш, Конор Дж.; Джаяраман, Арун (3 июня 2022 г.). «Мягкий роботизированный экзокостюм дополнил высокоинтенсивную тренировку ходьбы у людей, переживших инсульт: пилотное исследование» . Журнал нейроинженерии и реабилитации . 19 (1): 51. дои : 10.1186/s12984-022-01034-2 . ISSN   1743-0003 . ПМЦ   9164465 . ПМИД   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 . ПМИД   33025662 .
  31. ^ Фальк, Фабиан; Ларппичет, Кавин; Кормушев, Петр (2019), «DE VITO: двурукий, с высокой степенью свободы, легкий, недорогой, пассивный экзоскелет верхних конечностей для телеоперации робота» (PDF) , Proc. 20-я Международная конференция по автономным робототехническим системам (ТАРОС 2019) , получено 19 декабря 2023 г.
  32. ^ Фальк, Фабиан; Доши, Сагар; Торменто, Мэрион; Нерсисян, Гор; Смэтс, Нико; Линги, Джон; Рэнтс, Ким; Сапутра, Рони Пермана; Ван, Кэ; Кормушев, Петар (2020). «Робот DE NIRO: ориентированная на человека, автономная мобильная исследовательская платформа для когнитивно-усиленных манипуляций» (PDF) . Границы робототехники и искусственного интеллекта . 7:66 . дои : 10.3389/frobt.2020.00066 . ПМЦ   7805901 . ПМИД   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» . У – технология автоматизации . 66 (12): 1014–1026. дои : 10.1515/авто-2018-0069 . hdl : 20.500.11850/310187 . ISSN   0178-2312 . S2CID   57379852 .
  34. ^ Алеми, Мохаммед Мехди; Мадиней, Саман; Ким, Санук; Шринивасан, Дивья; Нуссбаум, Мори А. (2020) [2020-02-4]. «Влияние двух экзоскелетов с пассивной поддержкой спины на мышечную активность, расход энергии и субъективные оценки во время повторяющихся подъемов» . Человеческий фактор: Журнал Общества человеческого фактора и эргономики . 62 (3): 458–474. дои : 10.1177/0018720819897669 . ISSN   0018-7208 . ПМИД   32017609 . S2CID   211036333 .
  35. ^ «ЗАВЕРШЕНО: Мягкий экзоскелет для восстановления походки при инсульте» . www.sralab.org . 21 ноября 2018 г. Проверено 19 декабря 2023 г.
  36. ^ Ли, Мин; Чен, Цзячжоу; Он, Гоин; Цуи, Лей; Чен, Чаоян; Секко, Эмануэле Линдо; Яо, Вэй; Се, Цзюнь; Сюй, Гуанхуа; Вурдеманн, Хельге (2021). «Повышение внимания при реабилитации рук с помощью экзоскелета с использованием тактильной стимуляции кончиков пальцев» . Границы робототехники и искусственного интеллекта . 8 . дои : 10.3389/frobt.2021.602091 . ISSN   2296-9144 . ПМК   8176106 . ПМИД   34095238 .
  37. ^ Слэйд, Патрик; Кочендерфер, Микель Дж.; Дельп, Скотт Л.; Коллинз, Стивен Х. (2022) [12 октября 2022 г.]. «Персонализация помощи экзоскелета при ходьбе в реальном мире» . Природа . 610 (7931): 277–282. Бибкод : 2022Natur.610..277S . дои : 10.1038/s41586-022-05191-1 . ISSN   1476-4687 . ПМЦ   9556303 . ПМИД   36224415 .
  38. ^ «Стэнфордский экзоскелет выходит в реальный мир» . news.stanford.edu . 12 октября 2022 г. Проверено 19 декабря 2023 г.
  39. ^ Романато, М.; Сполаор, Ф.; Беретта, К.; Фичера, Ф.; Бертольдо, А.; Вольпе, Д.; Савача, З. (1 августа 2022 г.). «Количественная оценка эффективности тренировок с использованием экзоскелета EksoGT® у пациентов с болезнью Паркинсона: рандомизированное одиночное слепое клиническое исследование» . Коммуникации о современных клинических исследованиях . 28 : 100926. doi : 10.1016/j.conctc.2022.100926 . ISSN   2451-8654 . ПМЦ   9156880 . PMID   35664504 .
  40. ^ «ЭксоНР и реабилитация после инсульта» . eksobionics.com . Проверено 19 декабря 2023 г.
  41. ^ Сет, Нитин; Фрейтас, Рафаэла К. де; Чаулк, Митчелл; О'Коннелл, Коллин; Энглхарт, Кевин; Схема, Эрик (2019). «Распознавание образов ЭМГ для людей с травмой шейного отдела спинного мозга» . 2019 IEEE 16-я Международная конференция по реабилитационной робототехнике (ICORR) . Том. 2019. С. 1055–1060. дои : 10.1109/ICORR.2019.8779450 . ISBN  978-1-72812-755-2 . ПМИД   31374769 . S2CID   199058283 . Проверено 19 декабря 2023 г.
  42. ^ Кулик, Лиза. «Веховое достижение в технологии ходьбы» . Engineering.cmu.edu . Проверено 19 декабря 2023 г.
  43. ^ Чжан, Цзюаньцзюань; Фирс, Питер; Витте, Кирби А.; Джексон, Рэйчел В.; Поггензее, Кэтрин Л.; Аткесон, Кристофер Г.; Коллинз, Стивен Х. (23 июня 2017 г.). «Человеческая оптимизация помощи экзоскелета во время ходьбы» . Наука . 356 (6344): 1280–1284. Бибкод : 2017Sci...356.1280Z . дои : 10.1126/science.aal5054 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   28642437 .
  44. ^ «8-я Международная конференция IEEE РАН/EMBS по биомедицинской робототехнике и биомехатронике (BioRob) 2020» . ИИЭЭ . Проверено 19 декабря 2023 г.
  45. ^ Родригес-Фернандес, Антонио; Лобо-Прат, Джоан; Фон-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 пользовательское управление экзоскелетом нижних конечностей | Центр реабилитационной робототехники» . center.njit.edu . Проверено 19 декабря 2023 г.
  47. ^ «Робототехника ReWalk – больше, чем ходьба» . ReWalk Robotics, Inc. Проверено 19 декабря 2023 г.
  48. ^ «Мягкий экзокостюм ReStore™ для реабилитации после инсульта — ReWalk Robotics» . ReWalk Robotics, Inc. Проверено 19 декабря 2023 г.
  49. ^ «Носимая робототехника» . Хюндай . Проверено 19 декабря 2023 г.
  50. ^ «Hyundai разрабатывает носимый экзоскелет-жилет для работы над головой» . www.hyundai.news . Проверено 19 декабря 2023 г.
  51. ^ «Снизьте количество рабочих, получивших травмы на работе, с помощью EksoWorks» . eksobionics.com . Проверено 19 декабря 2023 г.
  52. ^ «FORD ВНЕДРЯЕТ НОСИЕМУЮ ТЕХНОЛОГИЮ ЭКЗОСКЕЛЕТА ПО ВСЕМ МИРУ, ЧТОБЫ ПОМОЧЬ СНИЖАТЬ УСТАЛОСТЬ РАБОТНИКОВ И ТРАВМЫ» . 7 августа 2018 г.
  53. ^ «Тактический штурмовой легкий костюм оператора (ТАЛОС)» . Сеть оборонных СМИ . Проверено 19 декабря 2023 г.
  54. ^ «Проектирование более здорового рабочего места» . Левитировать . Проверено 19 декабря 2023 г.
  55. ^ «Корпорация Саркос Технологии и Робототехника» . Саркос Робототехника . Проверено 19 декабря 2023 г.
  56. ^ «Миокостюм – поддержка и сила для ваших мышц – Myoswiss» . Проверено 19 декабря 2023 г.
  57. ^ «Миокостюм» . Отчет об экзоскелете . 15 декабря 2019 г. Проверено 19 декабря 2023 г.
  58. ^ «Костюм робота дает проблеск надежды парализованным» . Времена Мальты . 11 марта 2011 г. Проверено 19 декабря 2023 г.
  59. ^ «HAL – друг людей с ограниченными возможностями» . 15 сентября 2006 г.
  60. ^ «Экзоскелеты SUITX для повседневной работы» . www.suitx.com . Проверено 19 декабря 2023 г.
  61. ^ костюмX. «ЭкзоскелетsuitX MAX расширяет возможности владельца и снижает риск травм на рабочем месте» . www.sme.org . Проверено 19 декабря 2023 г.
  62. ^ Наттерсоны. «Костюм X | Робототехника | Ортопедия | Немедленный доступ к ведущим типам ортопедии | Клиники в Лидсе, Ливерпуле и Манчестере» . Ортопедические стельки . Проверено 19 декабря 2023 г.
  63. ^ «Хуник» . Экзоскелеты HUNIC – Расширьте возможности своего рабочего пространства . Проверено 19 декабря 2023 г.
  64. ^ «Победители 2023» . ifoy.org . Проверено 19 декабря 2023 г.
  65. ^ Маклауд, Питер (6 июня 2023 г.). «Отчет об испытаниях IFOY: HUNIC SoftExo Lift» . Журнал логистического бизнеса . Проверено 19 декабря 2023 г.
  66. ^ «Экзоскелет Raytheon XOS 2, робототехнический костюм второго поколения» . Армейские технологии . Проверено 19 декабря 2023 г.
  67. ^ Экзоскелет Raytheon XOS 2 , получено 19 декабря 2023 г.
  68. ^ Цзя-Юн, Чжоу; Да, ЛЮ; Синь-Мин, Миссури; Чонг-Вэй, ХАН; Сяо-Цзин, Мэн; Цян, Ли; Юэ-Джин, Ван; Анг, Чжан (2020). «Предварительное исследование военного применения и будущего отдельных экзоскелетов» . Физический журнал: серия конференций . 1507 (10). Бибкод : 2020JPhCS1507j2044J . дои : 10.1088/1742-6596/1507/10/102044 .
  69. ^ «Миокостюм – поддержка и сила для ваших мышц – Myoswiss» . Проверено 19 декабря 2023 г.
  70. ^ Просто Изабель Анна; Фрис, Денис; Лоу, Сина; Фальк, Фолькмар; Цесарович, Никола; Эдельманн, Франк; Фейерштейн, Анна; Хауфе, Флориан Л.; Ксилояннис, Мишель; Ринер, Роберт; Шенрат, Феликс (23 марта 2022 г.). «Двигательная терапия при тяжелой сердечной недостаточности с помощью легкого носимого робота: пилотное технико-экономическое обоснование» . ЭСК Сердечная недостаточность . 9 (3): 1643–1650. дои : 10.1002/ehf2.13903 . ISSN   2055-5822 . ПМК   9065814 . ПМИД   35320878 .
  71. ^ Ким, Джэук; Ким, Йекван; Кан, Сонхён; Ким, Сын Чжон (16 августа 2022 г.). «Биомеханический анализ показывает, что миокостюм снижает нагрузку на разгибатели колена во время ровной и наклонной походки» . Датчики . 22 (16): 6127. Бибкод : 2022Senso..22.6127K . дои : 10.3390/s22166127 . ISSN   1424-8220 . ПМЦ   9413953 . ПМИД   36015888 .
  72. ^ «Teslasuit | Встречайте наш костюм и перчатку Haptic VR с силовой обратной связью» . Теслакостюм . 02.03.2022 . Проверено 19 декабря 2023 г.
  73. ^ «Разработчики этого VR-костюма обнаружили интересный факт» . Новости АВС . 31 марта 2021 г. Проверено 19 декабря 2023 г.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Soft_exoskeleton&oldid=1237722562"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: d30517a308da097b081a97845c641018__1722391260
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/d3/18/d30517a308da097b081a97845c641018.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Soft exoskeleton - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)