Kun Conor Walsh oli jatko-opiskelija MIT: ssä, hän toimi koelentäjänä professorinsa exoskeleton-ohjelmassa. Tehokas, jäykkä laite oli haastava käyttää ja työskennellä sen takia, että sen oli liityttävä vartaloon, pakottaen käyttäjän vartalon noudattamaan laitteen rakennetta, eikä päinvastoin.
Lopulta Walsh muutti Harvardiin ja aloitti oman eksosuit-tutkimuksen. Mutta hän huomautti työskentelevänsä pehmeiden, taipuisten järjestelmien kanssa liikkumisen helpottamiseksi. Viiden vuoden työn jälkeen hänen puvut ovat auttaneet kävelijöitä liikkumaan 20-25 prosenttia tehokkaammin, hänen tutkimuksensa mukaan, joka julkaistiin äskettäin Science Robotics -julkaisussa.
"Suhtaudumme lähestymistapaan, ja myös joukko muita ryhmiä ovat alkamassa omaksua, pystytkö tarjoamaan pienestä kohtalaiseen apua, mutta erittäin kevyen ja rajoittamattoman alustan kautta", Walsh sanoo.
Laite perustuu kaapeliin, joka auttaa kahden eri nivelen, nilkan ja lonkan liikkumista. Käyttäjä käyttää valjaita vyötärön ympärillä, ja hihnat ulottuvat tästä valjaasta jousikoihin jokaisen vasikan ympärillä. Kaapeli kulkee kantapäältä hihnapyörään vasikan päällä ja sitten pienelle moottorille. (Toistaiseksi hän on pitänyt moottorin ja voimanlähteen asennettuna muualle keinona yksinkertaistaa tutkimusta.)
Jalkoihin asennetut gyroskooppiset anturit lähettävät tietoja mikro-ohjaimelle, joka tulkitsee kävelijän askeleen ja kytkee moottorin oikeaan aikaan. Kun moottori rullaa kaapelissa, se hinaa kantapäällä auttaen askelta (kutsutaan plantaariseksi taivutukseksi). Vyötärövyö palvelee kahta tarkoitusta; se toimii tukena, joten vasikan ei tarvitse kohdistaa yhtä paljon painetta, mutta se tarjoaa myös apua lonkkanivelle, koska hihnapyörän voima siirtyy ylöspäin hihnan kautta.
Walsh ja hänen tekijänsä ajoivat laitetta neljällä eri tehotasolla nähdäkseen mikä oli tehokkain.
"Tämän tutkimuksen päätavoite oli tarkastella, kun kasvatamme henkilölle annettavan avun määrää ... millaisia vastauksia näemme henkilöstä?", Walsh sanoo.
He löysivät jopa korkeimmalla avustustasolla (mitattuna voimana, joka kohdistui painoprosenttiin prosentteina, enimmäismäärä 75 prosenttia), he eivät nähneet ylätasoa; tehokkuus mitattuna happea, jota osallistujat käyttivät kävellessään, jatkoivat nousuaan.
"Hänen tietojensa mukaan se, että yritettäessäsi lisätä apua, ei ehkä ole mitään rajaa tai rajaa sille, kuinka paljon voimme parantaa henkilön kaasumäärää, jos haluat", Greg Sawicki sanoo. Sawicki työskentelee myös kävelyä avustavissa exosuitsissa, lääketieteellisen tekniikan apulaisprofessorina Pohjois-Carolinan yliopistossa. Hänen laitteet perustuvat pieneen, kevyeen jäykkään eksoskeletoniin - joskus voimalliseen, joskus jousen käynnistämään -, joka mahtuu nilkan ympärille.
"Tutkimuksissamme löysimme erilaisen tuloksen, joka on, että tuotot ovat usein pieneneviä", hän sanoo. "Suoritat hyvin tietyssä vaiheessa apua, ja jos annat liikaa, ihmisen ja koneen järjestelmän tehokkuus alkaa heikentyä." Hän epäilee, että erot johtuvat Walshin moni-nivel-arkkitehtuurista ja siitä, kuinka se sisältää lantion liikkeen.
Sekä Walshin että Sawickin työtä on sovellettu lääketieteen alalla auttamalla aivohalvauksen uhreja tai potilaita, joilla on multippeliskleroosi tai muita ikään liittyviä vammoja ja sairauksia liikkuvuuden lisäämiseksi. Walsh on tehnyt yhteistyötä ReWalk Robotics -yrityksen kanssa näiden sovellusten järjestelmien kehittämiseksi. Mutta siellä on toinen tärkeä sovellus, joka on auttanut Walshia hankkimaan DARPA-rahoitusta: Raskaat vaihteet sietävät sotilaat voisivat yhtenä päivänä käyttää näitä pukuja auttaakseen heitä kävelemään pidemmälle, kuljettamaan enemmän ja kokemaan vähemmän väsymystä.
Molempien tavoitteiden saavuttamiseksi Walsh on jalostanut tekstiilejä, käyttöjärjestelmiä ja ohjaimia tekemään tällaiset puvut realistisemmiksi laboratorion ulkopuolella. "Tämän alan edistys tapahtuu tekemällä yhteistyötä ihmisten, jotka ymmärtävät ihmisen, fysiologian, biomekaniikan, ja ihmisten, jotka ymmärtävät robotiikkaa ja tekniikan näkökulmaa", hän sanoo. Se on poikkitieteellinen lähestymistapa, joka sisältää suunnittelun ja ergonomian, mutta myös biomekaniikan, ohjelmistosuunnittelun ja robotin. Jokainen kävelee hieman eri tavalla, joten järjestelmän on oltava ainakin osittain muokattavissa. Ja sitten on paino.
"Suurin haaste on käynnistyksen tehotiheys", sanoo Sawicki ja huomauttaa, että akkujen ja moottorien asettaminen kävelykertaan etäältä lähellä olevaan jalustaan, kuten Walsh teki, voisi vähentää tehokkuutta. Siihen saakka, kunnes akku- ja moottoritekniikka paranee, mikä tahansa tehonlisäys vaatii painon lisäystä, kompromissi, joka on toistaiseksi luontainen kaikille tällaisille kävelijöille. "Siellä on tämä perussääntö, että jos haluat olla voimakkaampi, sinun on oltava raskaampi moottorien suhteen."
