Дослідники з SNU розробили екзокостюм для підняття важкостей
Нові досягнення в галузі робототехніки можуть допомогти розсунути межі людського тіла, щоб зробити нас швидшими чи сильнішими. Дослідники з лабораторії біоробототехніки Сеульського національного університету (SNU) розробили екзокостюм, який коригує поставу людини.
У своїй нещодавній статті вони описали екзокостюм Movement Reshaping (MR), який, замість того щоб посилювати якусь частину людського тіла, поєднується з рухом одного суглоба, щоб заблокувати або розблокувати рух іншого суглоба. Костюм працює пасивно, без батарей і двигуна.
Наприклад, коли ми намагаємося підняти важкий предмет із підлоги, більшість із нас нахиляється в поясниці, а це поза, що сприяє травмі. Пристрій SNU перешкоджає нахиленій позі та допомагає перейти до безпечнішого присіду.
У статті сказано: «Звичайний підхід до корекції пози під час підняття, іммобілізація вразливих суглобів за допомогою фіксації, є недостатнім для запобігання травмам спини, отриманим внаслідок повторюваних підйомів. Натомість під час підняття невеликих, але важких предметів вся кінетична ланцюг має взаємодіяти, щоб виконати серію дій присідання-підйому».
«Ми називаємо нашу методологію «змінним імпедансом (опором) з живленням від тіла», оскільки можемо змінювати імпеданс одного суглоба, переміщуючи інший»
Більшість допоміжних пристроїв, таких як HeroWear Карла Зеліка, призначені для зниження втомлюваності користувача, забезпечуючи додаткову потужність і мінімізуючи втручання в його довільні рухи. З іншого боку є MR Exosuit, який зосереджується на перетворенні підйомних рухів користувача на безпечну позу присідання, а також на забезпеченні додаткової сили.
Костюм MR було розроблено для зменшення травм робітників заводів і складів, які виконують повторювані підйомні роботи. Багато травм, пов'язаних із підняттям, спричинені не лише м'язовою втомою, а й неправильною позою під час цієї дії. Нахилятися легше, ніж присідати, а люди за своєю природою схильні обирати зручнішу стратегію.
Фахівець з реабілітаційної медицини з Медичного коледжу SNU Кивон Кім, який також зробив внесок у дослідження, заявив: «Оскільки шкідливі наслідки таких зручних, але небезпечних рухів розвиваються повільно, люди не усвідомлюють ризик вчасно, як у випадку дегенерації диска».
Дослідники розробили механізм, який блокує згинання стегна, коли людина намагається нахилитися, і розблоковує його, коли вона намагається присісти.
«Ми з'єднали верхню частину спини зі стопою за допомогою унікальної структури сухожилля, що складається з вертикальних гальмівних тросів і горизонтальної гумової стрічки. Коли стегно зігнуте, а коліно не зігнуте, обертальний момент згинання стегна передається стопі через гальмівний трос, створюючи сильний опір руху. Однак якщо коліна розводяться вбік для присіду, кут між сухожиллями змінюється, і обертальний момент згинання стегна переключається на підтримку гумової стрічки»
Пристрій було протестовано на десяти людях, які вперше використовували костюм. Дев'ять із десяти учасників змінили схему руху ближче до форми присіду в екзокостюмі. За словами дослідників, це означає покращення середнього індексу постави учасників на 35%. Вони також відзначили зниження середнього споживання метаболічної енергії учасниками на 5,3%.
Наразі вчені працюють над удосконаленням MR Exosuit, щоб протестувати його в реальних трудових умовах. Випробування планують розпочати найближчим часом. У 2022 році дослідники мають намір комерціалізувати пристрій, але ще є над чим попрацювати. Ефективність костюма підтверджено в статті, а довгострокові ефекти від носіння — ні.
«У майбутньому ми плануємо провести експеримент у різних сферах, що потребують навчання постави під час підйомів, наприклад, у промислових умовах, у спортзалах і реабілітаційних центрах»
Інженери також планують подальше дослідження, щоб поширити принцип змінного імпедансу з живленням від тіла на спортивні застосування. Багато видів спорту, у яких задіяно все тіло, такі як гольф, плавання і біг, потребують правильного тренування рухів для підвищення безпеки та продуктивності.
Команда дослідників планує розробити спортивний одяг для тренування рухів, придатний для різних видів спорту, з використанням м'яких матеріалів, таких як троси та гумки. Дослідження SNU показує, що штучні сухожилля, структура яких відрізняється від людської, можуть ефективно допомагати людям, змінюючи руховий патерн.
Існуючу версію екзокостюма можна використовувати для запобігання невідповідним підйомним рухам пацієнтів із поганим станом хребта. Вчені очікують, що їхня конструкція призведе до змін у майбутніх дослідженнях носимої робототехніки. Вони продемонстрували, що носимі пристрої не повинні імітувати оригінальну анатомічну структуру людини.
