В тази публикация в блога ще разгледаме тенденциите в развитието и принципите на работа на носими роботи, както и примери от изследвания от Корея и чужбина.
Защо носими роботи вече не са далечно бъдеще
Когато хората чуят термина „носим робот“, мнозина се сещат за герои като „Железният човек“ или „Робокоп“ от филми. Поради влиянието на тази поп култура, носимите роботи може все още да изглеждат като научна фантастика, развиваща се в далечното бъдеще, но в действителност различни практически приложения вече се тестват във военния, индустриалния, медицинския и социалния сектор. Например, по време на откриващия удар на Световното първенство по футбол през 2014 г. в Бразилия, млад мъж с параплегия беше показан да рита топка, докато носеше специално рехабилитационно роботизирано оборудване; това устройство използва система, която открива мозъчни сигнали, за да контролира движението на краката.
BLEEX: Ранен опит за екзоскелетна система
Един от най-ранните търговски и изследователски примери за носими роботи е BLEEX, военен екзоскелет за долната част на тялото, разработен в Калифорнийския университет в Бъркли през 1994 г. BLEEX е проектиран да намали значително физическото натоварване на носещия при носене на тежки товари, като оборудва тазобедрените, колянните и глезенните стави с хидравлични задвижващи механизми. Според резултатите от изследването, системата е проектирана така, че дори при носене на товар от приблизително 80 кг, силата, предавана на носещия, е ограничена до около 2 кг. За да се засекат предвидените движения на носещия, са разположени над 40 сензора, а системата е структурирана така, че да поддържа баланс, като тези сензори обменят данни в реално време.
Класификация на екзоскелетите: асистивни срещу допълващи
Екзоскелетните системи се класифицират в две категории според предназначението им: асистивни и допълващи. Асистивните екзоскелети са разработени, за да подпомагат ежедневните дейности на възрастни хора или хора с увреждания; екзоскелетът директно подпомага силата на носещия, за да се осигури движение. За разлика от него, допълващите екзоскелети усилват силата на носещия, позволявайки му да изпълнява задачи с големи натоварвания в области като военната и тежката промишленост. Много системи, които понастоящем са в етап на комерсиализация или изследване, попадат предимно в категорията асистивни, като примери за това са HULC на Berkeley Bionics, серията HyPER, разработена от южнокорейски изследователи, и Cowalk на KAIST.
Ограничения на екзоскелетите и тенденцията към лек дизайн
Традиционните екзоскелетни структури имат недостатъка да бъдат обемисти и тежки, тъй като всяка става трябва да бъде оборудвана с изпълнителен механизъм и сензори за откриване на ъгъл и изместване. Освен това, сложната им структура увеличава производствените разходи и намалява износоустойчивостта. За да се справят с тези проблеми, последните изследвания са фокусирани върху опростяване на структурата, намаляване на обема и теглото и понижаване на производствените разходи. С други думи, има нарастваща тенденция към използване на прости механизми – като жици и малки двигатели – вместо големи изпълнителни механизми на всяка става или подобряване на използваемостта чрез материали и дизайн, които повишават комфорта.
Exo-Glove: Проектиране и работа на носим робот тип ръкавица
Отличен пример за тази тенденция към леки и опростени дизайни е Exo-Glove, робот тип ръкавица, разработен от Лабораторията по биороботика в Националния университет в Сеул и други. Това устройство е проектирано да се носи като ръкавица, за да помага на хора, които не могат да движат пръстите си сами поради състояния като неврологични разстройства, като същевременно запазва естествената скелетна структура на ръката непокътната. Основната идея е да се използват жици, малки двигатели и еластични елементи за огъване и изправяне на пръстите, вместо да се разчита на тежки и сложни индивидуални ставни задвижващи механизми.
По-конкретно, на дланта са монтирани множество телени водачи, а U-образни телени водачи са разположени на върховете на пръстите. Чифт телени водачи, разположени един до друг, са разположени на първата става на всеки пръст. На гърба на ръката е монтирана еластична тел, за да се поддържа плоско положение на ръката; единият край на еластичната тел е свързан с върха на пръста, а другият край е свързан с изпълнителния механизъм. Когато изпълнителният механизъм е неактивен, жиците от страната на дланта са разхлабени и ръката остава плоска поради еластичността на гърба на ръката.
Когато потребителят се опитва да хване обект, задвижващото устройство издърпва жиците от страната на дланта, за да скъси дължината им; в резултат на това еластичните жици на гърба на ръката се разтягат, което кара пръстите да се огъват, така че обектът да може да бъде хванат. Жиците могат да бъдат издърпвани едновременно от мотор или поотделно, за да се движат определени пръсти, което позволява частичен контрол.
Заключение и бъдещи предизвикателства
В обобщение, технологията за носима роботика вече е излязла от сферата на кинематографичната фантазия и е навлязла в етап на практическо приложение; тя се прилага на практика не само в областта на рехабилитацията и медицината, но и във военния и индустриалния сектор. В бъдеще ключовите конкурентни предимства ще включват по-леки и по-удобни структури, рентабилни дизайни и технологии за управление, които точно интерпретират намеренията на потребителя. Въпреки че Южна Корея е по-късна в сравнение със световните лидери, тя все още може да стане силно конкурентоспособна чрез леки и опростени дизайни, както и чрез интерфейси, ориентирани към човека.
Освен това, като се замисля над този първи проект, макар че включих сравнително подробно обяснение на принципите на работа на роботизираните ръкавици, добавянето на повече технически подробности – като ролите на отделните компоненти и физическите спецификации на задвижващите механизми и сензорите – би било полезно не само за широката публика, но и за тези с технически интерес. В следващата статия ще се задълбоча в принципите на работа на всеки компонент на ръкавиците, примери за приложения от реалния свят и обратна връзка от потребителите от тази област.
