실제 걷기를 위한 맞춤형 엑소슈트

사람들은 거의 일정한 속도와 단일 경사로 걷습니다. 우리는 다음 약속 장소로 달려갈 때, 횡단보도 신호를 받을 때, 공원에서 가벼운 산책을 할 때 속도를 변경합니다. 우리가 하이킹을 하든 건물에 진입하는 경사로를 가든, 경사도도 항상 바뀝니다. 걷는 방식은 환경적 변수 외에도 성별, 키, 나이, 근력의 영향을 받으며 때로는 뇌졸중이나 파킨슨병과 같은 신경 또는 근육 장애의 영향을 받습니다.

이러한 인간 및 작업 가변성은 실제 환경에서 보행을 보조하거나 증강하기 위해 웨어러블 로봇을 설계하는 데 있어 주요 과제입니다. 현재까지 웨어러블 로봇 지원을 개인의 보행에 맞게 맞춤화하려면 몇 시간의 수동 또는 자동 조정이 필요합니다. 이는 건강한 개인에게는 지루한 작업이며 노인이나 임상 환자에게는 종종 불가능한 작업입니다.

Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences(SEAS)의 연구원들은 로봇 엑소슈트 지원을 개인에 맞게 보정하고 몇 초 만에 다양한 실제 보행 작업에 적응할 수 있는 새로운 접근 방식을 개발했습니다. 생체에서 영감을 받은 시스템은 근육 역학의 초음파 측정을 사용하여 엑소수트 사용자를 위한 개인화된 활동별 지원 프로필을 개발합니다.

이전의 생체 영감을 받은 로봇 엑소슈트에 대한 개별화된 지원 프로필을 개발하려는 시도는 착용자의 팔다리의 역동적인 움직임에 중점을 두었습니다. SEAS 연구원들은 다른 접근 방식을 취했습니다.

팔다리의 움직임과 그 움직임을 구동하는 기본 근육의 움직임 사이에 반드시 직접적인 매핑이 있는 것은 아닙니다. 그래서 팀은 근육 역학을 연구하기 위해 참가자의 송아지에 휴대용 초음파 시스템을 부착하고 일련의 걷기 작업을 수행하는 동안 근육을 ​​이미지화했습니다.

이 사전 기록된 이미지에서 그들은 걷기 주기의 밀어내기 단계에서 수행해야 하는 추가 작업을 상쇄하기 위해 종아리 근육과 평행하게 가해지는 보조력을 추정했습니다. 새로운 시스템은 몇 초만 걸으면 됩니다. 한 걸음만 걸어도 근육의 프로필을 포착하기에 충분할 수 있습니다.

초음파로 생성된 각각의 프로필에 대해 연구원들은 엑소슈트가 있거나 없는 상태에서 걷는 동안 사람이 얼마나 많은 신진대사 에너지를 사용하는지 측정했습니다. 그들은 엑소수트가 제공하는 근육 기반 지원이 다양한 보행 속도와 경사를 가로질러 걷는 대사 에너지를 상당히 감소시킨다는 것을 발견했습니다.

엑소슈트는 또한 이전에 발표된 연구에서 기록된 것보다 동일하거나 개선된 대사 에너지 이점을 달성하기 위해 더 낮은 보조력을 적용했습니다. 대학원생 이상준은 “근육을 직접 측정해 엑소수트를 착용한 사람과 보다 직관적으로 작업할 수 있다”고 말했다. "이 접근 방식을 사용하면 엑소슈트가 착용자를 압도하는 것이 아니라 착용자와 협력하여 작동합니다." 실제 상황에서 테스트했을 때 엑소슈트는 보행 속도와 기울기의 변화에 ​​빠르게 적응할 수 있었습니다.

다음으로 연구팀은 지속적이고 실시간으로 조정하는 시스템을 테스트하는 것을 목표로 합니다.