外骨骼機器人通過(guò)模擬學(xué)習提升性能

2024-06-17 02:52:00 來(lái)源: 科技日報 作者: 張夢(mèng)然


研究示意圖。圖片來(lái)源:北卡羅來(lái)納州立大學(xué)/《自然》

科技日報記者 張夢(mèng)然

新一期《自然》發(fā)表的生物醫學(xué)工程研究成果,報告了一種加速外骨骼機器人控制系統開(kāi)發(fā)的模擬框架,其有助于推動(dòng)外骨骼裝置在現實(shí)世界的廣泛應用。

外骨骼機器人能顯著(zhù)提升人類(lèi)運動(dòng),恢復殘疾人士的運動(dòng)能力。不過(guò),當前的控制器在匹配不同個(gè)體需求和復雜的人體運動(dòng)時(shí)仍面臨挑戰。它們通常需要開(kāi)展大量的人體測試,依賴(lài)手工制作的規則,這限制了它們的廣泛應用。之前的模擬研究并不包含控制器設計,也未考慮人類(lèi)與機器人的交互,這給從模擬過(guò)渡到現實(shí)世界應用帶來(lái)一些難題。

為克服這些困難,北卡羅來(lái)納州立大學(xué)蘇浩團隊開(kāi)發(fā)了一個(gè)能從人類(lèi)與裝置交互中學(xué)習的框架。該框架不需要漫長(cháng)的人體實(shí)驗和人力資源,其能在模擬中生成人體運動(dòng)、肌肉協(xié)調和外骨骼控制的三個(gè)互聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。他們對模型開(kāi)展了數百萬(wàn)次模擬試驗驗證其能從人體移動(dòng)數據中的學(xué)習能力。

為測試控制器在現實(shí)世界場(chǎng)景中的成功率,團隊對一名佩戴髖關(guān)節外骨骼的使用者進(jìn)行了測試。他們對使用者跑步、走路和爬樓梯時(shí)進(jìn)行的監測發(fā)現,控制器讓使用者的代謝率在行走時(shí)降低24.3%,跑步時(shí)降低13.1%,爬樓梯時(shí)降低15.4%,這表明整體上控制器能在不同活動(dòng)中成功協(xié)助使用者。

團隊表示,目前仍需開(kāi)展進(jìn)一步研究拓寬這些控制器的應用范圍,從而讓輔助外骨骼應用于更多的個(gè)體和任務(wù)。

責任編輯: 左常睿