Μια ομάδα ερευνητών ανέπτυξε μια νέα μέθοδο για τον έλεγχο των εξωσκελετών των κάτω άκρων χρησιμοποιώντας βαθιά ενισχυτική μάθηση για όσους πάσχουν με σκλήρυνση κατά πλάκας, έχουν περάσει εγκεφαλικό ή έχουν προβλήματα στον νωτιαίο μυελό.
. Η μέθοδος με τίτλο «Ο στιβαρός έλεγχος βάδισης ενός εξωσκελετού αποκατάστασης των κάτω άκρων σε συνδυασμό με ένα μυοσκελετικό μοντέλο μέσω βαθιάς ενισχυτικής μάθησης», που δημοσιεύθηκε στο Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, επιτρέπει πιο στιβαρό και φυσικό έλεγχο της βάδισης για τους χρήστες εξωσκελετών των κάτω άκρων.
Ενώ οι πρόοδοι στη φορητή ρομποτική έχουν βοηθήσει στην αποκατάσταση της κινητικότητας για άτομα με βλάβες στα κάτω άκρα, οι τρέχουσες μέθοδοι ελέγχου για εξωσκελετούς είναι περιορισμένες ως προς την ικανότητά τους να παρέχουν φυσικές και διαισθητικές κινήσεις για τους χρήστες. Αυτό μπορεί να θέσει σε κίνδυνο την ισορροπία και να συμβάλει στην κόπωση και τη δυσφορία του χρήστη. Λίγες μελέτες έχουν επικεντρωθεί στην ανάπτυξη ισχυρών ελεγκτών που μπορούν να βελτιστοποιήσουν την εμπειρία του χρήστη όσον αφορά την ασφάλεια και την ανεξαρτησία.
Οι υπάρχοντες εξωσκελετοί για την αποκατάσταση των κάτω άκρων χρησιμοποιούν διάφορες τεχνολογίες για να βοηθήσουν τον χρήστη να διατηρήσει την ισορροπία του, συμπεριλαμβανομένων ειδικές πατερίτσες και αισθητήρες, σύμφωνα με τον συν-συγγραφέα Ghaith Androwis, Ph.D., ανώτερο ερευνητή στο Κέντρο Έρευνας Κινητικότητας και Μηχανικής Αποκατάστασης του Ιδρύματος Kessler και διευθυντή του Εργαστηρίου Ρομποτικής και Έρευνας Αποκατάστασης του Κέντρου. Οι εξωσκελετοί που λειτουργούν χωρίς τέτοιους βοηθητικούς μηχανισμούς επιτρέπουν πιο ανεξάρτητο περπάτημα, αλλά με κόστος το πρόσθετο βάρος και την αργή ταχύτητα βάδισης.
Ο έλεγχος του εξωσκελετού
«Τα προηγμένα συστήματα ελέγχου είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη ενός εξωσκελετού των κάτω άκρων που θα επιτρέπει αυτόνομο, ανεξάρτητο βάδισμα υπό διάφορες συνθήκες», δήλωσε ο Δρ Androwis. Η νέα μέθοδος που ανέπτυξε η ερευνητική ομάδα χρησιμοποιεί βαθιά ενισχυτική μάθηση για τη βελτίωση του ελέγχου του εξωσκελετού. Η ενισχυτική μάθηση είναι ένα είδος τεχνητής νοημοσύνης που επιτρέπει στις μηχανές να μαθαίνουν από τις δικές τους εμπειρίες μέσω δοκιμής και λάθους.
«Χρησιμοποιώντας ένα μυοσκελετικό μοντέλο σε συνδυασμό με έναν εξωσκελετό, προσομοιώσαμε τις κινήσεις του κάτω άκρου και εκπαιδεύσαμε το σύστημα ελέγχου του εξωσκελετού ώστε να επιτυγχάνει φυσικά μοτίβα βάδισης χρησιμοποιώντας ενισχυτική μάθηση», εξήγησε ο συγγραφέας Xianlian Zhou, Ph.D., αναπληρωτής καθηγητής και διευθυντής του Εργαστηρίου Βιοδυναμικής στο Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής του Τεχνολογικού Ινστιτούτου του Νιου Τζέρσεϊ (NJIT). «Δοκιμάζουμε το σύστημα σε πραγματικές συνθήκες με έναν εξωσκελετό των κάτω άκρων που αναπτύσσει η ομάδα μας και τα αποτελέσματα δείχνουν τη δυνατότητα βελτίωσης της σταθερότητας του βαδίσματος και μείωσης της κόπωσης του χρήστη».
Η ομάδα διαπίστωσε ότι το προτεινόμενο μοντέλο τους δημιούργησε έναν καθολικό στιβαρό ελεγκτή βάδισης ικανό να χειρίζεται διάφορα επίπεδα αλληλεπίδρασης ανθρώπου-οστεοσκελετού χωρίς την ανάγκη ρύθμισης των παραμέτρων. Το νέο σύστημα έχει τη δυνατότητα να ωφελήσει ένα ευρύ φάσμα χρηστών, συμπεριλαμβανομένων των ατόμων με τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού, σκλήρυνση κατά πλάκας, εγκεφαλικό επεισόδιο και άλλες νευρολογικές παθήσεις. Οι ερευνητές σκοπεύουν να συνεχίσουν τις δοκιμές του συστήματος με χρήστες και να βελτιώσουν περαιτέρω τους αλγόριθμους ελέγχου για να βελτιώσουν την απόδοση βάδισης.
«Είμαστε ενθουσιασμένοι με τις δυνατότητες αυτού του νέου συστήματος να βελτιώσει την ποιότητα ζωής των ατόμων με βλάβες στα κάτω άκρα», δήλωσε ο Δρ Androwis και κατέληξε σημειώνοντας: «Επιτρέποντας πιο φυσικά και διαισθητικά μοτίβα βάδισης, ελπίζουμε να βοηθήσουμε τους χρήστες των εξωσκελετών να κινούνται με μεγαλύτερη ευκολία και αυτοπεποίθηση».
