U ovom blog postu istražit ćemo trendove razvoja i principe rada nosivih robota, kao i primjere istraživanja iz Koreje i inozemstva.
Zašto nosivi roboti više nisu daleka budućnost
Kad ljudi čuju pojam "nosivi robot", mnogi pomisle na likove poput "Iron Mana" ili "RoboCopa" iz filmova. Zbog utjecaja ove pop kulture, nosivi roboti još uvijek se mogu činiti kao znanstvena fantastika smještena u daleku budućnost, ali u stvarnosti se već testiraju razne praktične primjene u vojnom, industrijskom, medicinskom i socijalnom sektoru. Na primjer, tijekom otvaranja Svjetskog prvenstva 2014. u Brazilu, prikazan je mladić s paraplegijom kako udara loptu dok nosi posebnu opremu za rehabilitacijski robot; ovaj uređaj koristio je sustav koji detektira moždane signale za kontrolu pokreta nogu.
BLEEX: Rani pokušaj egzoskeletnog sustava
Jedan od najranijih komercijalnih i istraživačkih primjera nosivih robota je BLEEX, vojni egzoskelet za donji dio tijela razvijen na UC Berkeleyju 1994. godine. BLEEX je dizajniran kako bi značajno smanjio fizički napor na korisnika pri nošenju teških tereta opremanjem zglobova kuka, koljena i gležnja hidrauličkim aktuatorima. Prema nalazima istraživanja, sustav je dizajniran tako da čak i pri nošenju tereta od približno 80 kg, sila koja se prenosi na korisnika bude ograničena na oko 2 kg. Kako bi se otkrili namjeravani pokreti korisnika, raspoređeno je više od 40 senzora, a sustav je strukturiran tako da održava ravnotežu tako što ti senzori razmjenjuju podatke u stvarnom vremenu.
Klasifikacija egzoskeleta: pomoćni vs. augmentativni
Egzoskeletni sustavi se općenito klasificiraju u dvije kategorije na temelju njihove namjene: pomoćne i augmentativne. Pomoćni egzoskeletni sustavi razvijeni su kako bi pomogli u svakodnevnim aktivnostima starijih osoba ili osoba s invaliditetom; egzoskelet izravno pomaže nosiocu u snazi kako bi se omogućilo kretanje. Nasuprot tome, augmentativni egzoskeletni sustavi pojačavaju nosiocu snagu, omogućujući mu obavljanje teških zadataka u područjima kao što su vojska i teška industrija. Mnogi sustavi koji su trenutno u fazama komercijalizacije ili istraživanja prvenstveno spadaju u pomoćnu kategoriju, a primjeri uključuju HULC tvrtke Berkeley Bionics, seriju HyPER koju su razvili južnokorejski istraživači i Cowalk tvrtke KAIST.
Ograničenja egzoskeleta i trend prema laganom dizajnu
Tradicionalne egzoskeletne strukture imaju nedostatak što su glomazne i teške jer svaki zglob mora biti opremljen aktuatorom i senzorima za detekciju kuta i pomaka. Nadalje, njihova složena struktura povećava troškove proizvodnje i smanjuje habanje. Kako bi se riješili ovi problemi, nedavna istraživanja usmjerena su na pojednostavljenje strukture, smanjenje obujma i težine te snižavanje troškova proizvodnje. Drugim riječima, postoji rastući trend korištenja jednostavnih mehanizama - poput žica i malih motora - umjesto velikih aktuatora na svakom zglobu ili poboljšanje upotrebljivosti materijalima i dizajnom koji povećavaju udobnost.
Exo-Glove: Dizajn i rad nosivog robota tipa rukavice
Glavni primjer ovog trenda prema laganim i pojednostavljenim dizajnima je Exo-Glove, robot u obliku rukavice koji je razvio Bio-Robotics Laboratory na Nacionalnom sveučilištu u Seulu i drugi. Ovaj uređaj dizajniran je za nošenje poput rukavice kako bi pomogao ljudima koji ne mogu sami pomicati prste zbog stanja poput neuroloških poremećaja, a pritom očuvava prirodnu skeletnu strukturu ruke. Osnovna ideja je korištenje žica, malih motora i elastičnih elemenata za savijanje i ispravljanje prstiju, umjesto oslanjanja na teške i složene pojedinačne zglobne aktuatore.
Točnije, na dlanu je postavljeno više žičanih vodilica, a žičane vodilice u obliku slova U postavljene su na vrhovima prstiju. Par žičanih vodilica, postavljenih jedna pored druge, postavljen je na prvi zglob svakog prsta. Elastična žica postavljena je na stražnju stranu ruke kako bi se održao ravni položaj ruke; jedan kraj elastične žice spojen je na vrh prsta, a drugi kraj na aktuator. Kada je aktuator neaktivan, žice na strani dlana su labave, a ruka ostaje ravna zbog elastičnosti na stražnjoj strani ruke.
Kada korisnik pokuša uhvatiti predmet, pogonska jedinica povlači žice na strani dlana kako bi skratila njihovu duljinu; kao rezultat toga, elastične žice na nadlanici ruke se istežu, uzrokujući savijanje prstiju tako da se predmet može uhvatiti. Žice se mogu povlačiti istovremeno motorom ili pojedinačno kako bi se pomicali određeni prsti, omogućujući djelomičnu kontrolu.
Zaključak i budući izazovi
Ukratko, tehnologija nosive robotike već je prešla granice filmske fantazije i ušla u fazu praktične primjene; primjenjuje se ne samo u rehabilitacijskom i medicinskom području, već i u vojnom i industrijskom sektoru. U budućnosti će ključne konkurentske prednosti uključivati lakše i udobnije strukture, isplative dizajne i tehnologije upravljanja koje točno interpretiraju namjeru korisnika. Iako Južna Koreja kasni u usporedbi s globalnim liderima, i dalje može postati vrlo konkurentna zahvaljujući laganim i pojednostavljenim dizajnima, kao i sučeljima usmjerenima na čovjeka.
Osim toga, osvrćući se na ovaj prvi nacrt, iako sam uključio relativno detaljno objašnjenje principa rada robotskih rukavica, dodavanje više tehničkih detalja - poput uloga pojedinih komponenti i fizičkih specifikacija aktuatora i senzora - bilo bi korisno ne samo široj javnosti već i onima s tehničkim interesom. U sljedećem članku detaljnije ću se pozabaviti principima rada svake komponente rukavica, primjerima primjene iz stvarnog svijeta i povratnim informacijama korisnika s terena.
