Экзоскелет человека: Экзоскелеты: что это и где их применяют

Экзоскелеты: что это и где их применяют

Экзоскелеты не только дают человеку силу и выносливость, но и буквально помогают встать на ноги. РБК Тренды рассказывают, какие роли выполняют робокостюмы

Экзоскелет — это мобильный механизм, который работает при помощи системы электродвигателей, рычагов, гидравлики и других технологических решений. Экзоскелеты предназначены для восполнения утраченных функций человека, а также для увеличения силы мышц и расширения амплитуды движений.

Первый прототип экзоскелета создала компания General Electric совместно с армией США в 1960-е годы. Названный «Хардимэн», он весил 680 кг, имел восемь шарниров и два захвата, соединенных гидравлической и электронной сетями. Технологи рассчитали, что экзокостюм поможет человеку поднимать вес около 110 кг, но в реальных тестах разработка себя не оправдала. Когда систему приводили в действие, она выполняла хаотичные движения. Разработки прототипов продолжили.

Прототип экзоскелета профессора Али Сейрега из Университета машиностроения Мэдисона, 1970-е годы

Сегодня экзоскелеты применяются во многих областях — от медицинской реабилитации до промышленного производства. РБК Тренды рассказывают, какие бывают экзоскелеты и как они работают.

Для реабилитации

Российская компания ExoAtlet предлагает медицинские экзоскелеты для реабилитации пациентов с нарушениями опорно-двигательного аппарата и нервной системы в нижней части тела. Они управляются при помощи кнопок, расположенных на костылях, и приводятся в движение благодаря сигналам от датчиков и электромиограммы. Алгоритмы устройства и встроенные приводы повторяют естественную ходьбу человека. ExoAtlet весит около 20 кг, однако пациент не ощущает этот вес, поскольку движения автоматизированы и поддерживаются самой системой. Экзоскелет стоит около ₽4 млн.

Экзоскелет ExoAtlet

Другая российская компания Simbionix представила экзоскелет «Компаньон», предназначенный для восстановления двигательной активности людей с повреждениями спины и нижнего пояса конечностей. Механизм крепится к телу с помощью специальных инструментов, его можно регулировать по ширине и глубине таза, длине бедра и голени. Экзоскелет выдерживает вес до 120 кг и подходит для людей ростом до 2 м. Из-за герметичности его можно использовать при температуре воздуха от минус 30 до плюс 50 °C° и в любых погодных условиях.

«Компаньон» имеет съемный аккумулятор и внешний модуль управления. При активном использовании заряда хватит на три часа, а в пассивном режиме — до пяти часов. Экзоскелет весит 8,5 кг и выполнен из высокопрочного пластика и сплава титана. Он предполагает разные режимы — ходьба, вставание, подъем по ступенькам, приседание. Есть возможность управлять длиной и высотой шага с помощью дистанционного пульта.

Экзоскелет «Компаньон»

(Фото: symbionix.ru)

Компания утверждает, что устройство эффективно при реабилитации и поддержке людей с мышечной дистрофией, травмами спинного мозга, инсультами, нервно-мышечными и нейродегенеративными заболеваниями, черепно-мозговыми травмами.

Американская Trexo Robotics разработала экзоскелеты для детей с ограниченными возможностями. Функция индивидуальной регулировки делает Trexo универсальным инструментом, помогающим самостоятельно передвигаться детям с церебральным параличом, травмами мозга, повреждениями спинного мозга, параплегией, мышечной дистрофией, синдромом Ретта и другими заболеваниями. Месяц аренды устройства стоит $1 000.

Экзоскелет Trexo Robotics

Trexo Home управляется с планшета. Экзоскелет позволяет регулировать нагрузку на тело, характер походки, скорость движения и имеет функцию активной помощи мышцам. Его поставляют с обучающими инструкциями.

Нижняя часть Trexo имеет две раздвижные части от бедра до колена и от колена до щиколотки. Ширину бедер тоже можно регулировать, как и высоту опорной рамы.

Для больших нагрузок

Японская компания Aton презентовала несколько прототипов экзоскелета KOMA 1.5, силового костюма, который помогает без усилий подниматься и опускаться, нести тяжелые предметы манипуляторами-руками, поддерживать движение. Благодаря встроенным камерам с искусственным интеллектом экзоскелет обнаруживает и избегает препятствия.

Прототип экзоскелета KOMA 1.5

(Фото: atoun.co.jp)

KOMA 1.5 имеет два режима. Первый, «Buggy Mode», позволяет перемещать грузы по гладкой и ровной поверхности, например, внутри склада. Второй, «Two-Legged Mode», предназначен для подъемов с грузом и преодоления препятствий. В этом режиме колеса экзоскелета убираются назад, образуя две ноги с приводом, повторяющие движения ног человека.

В России в 2021 году компания «Ростех — Доверенные платформы робототехнические комплексы» начала выпускать модульные экзоскелеты ProEXO, которые защищают рабочих при тяжелых физических нагрузках. Базовая стоимость комплекса составляет ₽30 тыс.

Экзоскелет ProEXO

Такой экзоскелет может быть пассивным — для защиты опорно-двигательного аппарата сотрудника от перегрузок, или активным — со встроенными приводящими моторами, которые берут на себя большую часть физических нагрузок. Он помогает выполнить более 11 производственных операций, в том числе погрузочно-разгрузочные работы. В компании заявили, что «с экзоскелетом 30 кг груза будут ощущаться, как 15 кг».

Для промышленности и ЧС

Российская Exorise предлагает три модели экзоскелетов — X-Soft, X-Rise и X-Arm.

• X-Soft — это мягкий экзоскелет, предназначенный для разгрузки спины при наклонах и поворотах с грузом или без него. Он весит всего 1,5-2 кг.
• X-Arm относится к линейке «тяжелых экзоскелетов» и весит около 10 кг. Благодаря прочным опорам он позволяет нивелировать вес используемых инструментов массой до 40 кг.
• Модель X-Rise весит около 3 кг, она поддерживает руки во время выполнения манипуляций, которые требуют их длительного удержания на весу.

Женская модель X-Soft

(Фото: exorise. com)

Экзоскелеты Exorise — пассивного типа, так как они работают за счет накопления и отдачи энергии без электрики. С помощью силы гравитации рабочий сам «заряжает» свое устройство. Разработчики заявляют, что экзоскелет можно адаптировать под разные задачи, он износостойкий и жаростойкий. Его предлагают применять в промышленности, при строительстве, на складах, при работе в МЧС.

Для строительства

Экзоскелеты Sarcos Robotics серии Guardian обеспечивают перенос веса из одной части тела на другую при выполнении определенного типа работ. Также они смещают нагрузку с рук на ноги, когда рабочему нужно долго держать руки на весу. Это помогает снизить мышечное напряжение и повысить выносливость работников стройплощадок.

Экзоскелет Sarcos Robotics

Экзоскелет имеет 24 степени свободы и предупреждающие о препятствиях датчики.

Он оснащен удобным интерфейсом управления, который отображает различные уведомления. Режим «Свободные руки» позволяет оператору заблокировать руки костюма с грузом на весу, чтобы одновременно выполнять сложные задачи своими собственными.

Многие компании выпускают экзоскелеты, обеспечивающие поддержку рук, так как они лучше всего подходят для выполнения задач, связанных с резкой, сверлением и шлифованием поверхностей. Конструкции поддерживают руки и плечи таким образом, что нагрузка от постоянного удерживания тяжелых инструментов уменьшается.

Так, EksoVest Bionics задействовала механизм на пружинах в обеих руках экзоскелета, чтобы человеку было проще удерживать на весу тяжелые предметы. А экзоскелет от компании Levitate Technologies использует систему колесиков с приводами для решения аналогичной задачи.

Экзоскелет EksoVest Bionics

Для армии

Компания Lockheed Martin разработала для армии США системы ONYX для нижней части тела, которые повышают мобильность и снижают утомляемость. Конструкция уменьшает усилия, прилагаемые при ходьбе и лазании, а также дает солдату возможность переносить на себе больше оборудования, необходимого для выполнения боевых задач. Кроме того, она распределяет ортопедическую нагрузку так, чтобы не травмировался позвоночник.

Экзоскелет Lockheed Martin

В России в 2020 также испытали экзоскелет для военных производства корпорации «Ростех». При весе 6 кг устройство позволяет переносить боевую экипировку и вооружение массой до 60 кг. Экзоскелеты уже поставляются в инженерные войска и используются в госпиталях для реабилитации пациентов.

Экзоскелет «Ростеха»

(Фото: rostec.ru)

На форуме «Армия-2021» «Ростех» показал первый опытный образец боевого экзоскелета с электродвигателями. Он работает в активном и пассивном режимах. Первый включается, когда солдат перемещается по пересеченной местности или горам. Электродвигатели с датчиками давления в стопах адаптируются под особенности движений человека. В пассивном режиме экзоскелет помогает при передвижении по горизонтальной поверхности с грузом.

Для ходьбы и бега

Группа инженеров под руководством Конора Уолша из Гарвардского университета в 2019 году представила носимый экзоскелет, способный снижать энергозатраты во время ходьбы и бега. Он подтягивает ноги в определенные моменты движения. Во время ходьбы экзоскелет снижает энергозатраты на 9,3%.

Экзоскелет для ходьбы и бега

Экзоскелет состоит из нескольких связанных между собой частей. Они крепятся на бедрах, талии и плечах. На задней части устройства расположен блок с электромоторами, связанными с двумя тросами. На других концах эти тросы закреплены на бедрах. Когда нога движется назад, трос натягивается с помощью электромотора и облегчает работу мышц.

В 2020 году ученые из Стэнфорда разработали свой прототип экзоскелета, который дает возможность снизить нагрузку на ноги при беге и при ходьбе. Он позволяет снизить затраты энергии на бег уже на 15%.

Экзоскелет крепится к голени при помощи ремней, также он закрепляется на обуви при помощи веревки, которая пропускается петлей под стопой. У экзоскелета есть небольшая поддерживающая углепластиковая платформа, которая размещается под стопой. Он управляется с использованием системы тросов, натягиваемых или ослабляемых внешними электромоторами.

Прототип экзоскелета стэнфордских инженеров

Подобные экзоскелеты позволят облегчить работу курьеров и почтальонов, а также работников других сфер, которым требуется много ходить.

Перспективы экзоскелетов

Бристольский университет работает над мягкой роботизированной одеждой, которая могла бы помочь людям избежать падений, поддерживая их во время ходьбы и давая бионическую силу. Благодаря элементам из графена она будет включать в себя также технологии электрической стимуляции и мониторинга всего тела: суперконденсатор, устройство для электрокардиограммы, мониторинга активности, отслеживания движения глаз, датчик температуры и гибкие нагревательные элементы. Исследователи полагают, что эта технология может в конечном итоге привести к отказу от инвалидных кресел.

«Многие существующие устройства, используемые людьми с ограниченными возможностями передвижения, могут вызывать или усугублять такие состояния, как плохое кровообращение, повреждение кожи или склонность к падению, — говорит доктор Джонатан Росситер, профессор робототехники в Бристольском университете.  — Носимая мягкая робототехника может решить многие из этих проблем и в то же время снизить расходы на здравоохранение».

Экзоскелеты и улучшение человека — последние разработки удивляют и интригуют

04 июля 2022
09:04

Ольга Мурая

Этот жилет позволяет увеличить выносливость мышц плечевого пояса.

Фото Florian Haufe/Sensory- Motor Systems Lab ETH Zürich.

Кадры из видео, в котором демонстрируется работа устройства.

Изображение D. Handelman et al./Front. Neurorobot., 2022.

Схема проведения эксперимента.

Иллюстрация Toyohashi University of Technology.

За последнюю неделю появилось сразу несколько новостей, касающихся улучшения и расширения физических возможностей человека: от линз дополненной реальности до новых искусственных мускулов.

Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха разработали лёгкий экзоскелет верхних конечностей, который снабжает человека дополнительным слоем «мышц».

Использовать его планируют для увеличения силы верхней части тела и помощи людям с ограниченной подвижностью.

На рынке существует множество хороших терапевтических устройств, которые используются в клиниках для реабилитации пациентов, но они часто очень дороги и занимают много места, поясняют швейцарские разработчики.

Есть и простые лёгкие вспомогательные средства, которые пациенты могут использовать в повседневной жизни — от костылей до эспандеров.

На этот раз учёные хотели закрыть пробел между этими двумя типами инструментов.

Это привело к созданию Myoshirt (буквально «мышечная рубашка»): мягкого, удобного в ношении экзомускула для верхней части тела.

Это своего рода жилет с манжетами для плеч, оснащённый небольшой коробкой, приводящей устройство в движение.

«Умный» алгоритм работает с датчиками, встроенными в ткань, и определяет преднамеренные движения владельца, а также необходимое усилие. Затем двигатель укорачивает кабель в ткани, идущий параллельно мышцам пользователя — своего рода искусственное сухожилие — и таким образом поддерживает желаемое движение.

Эта поддержка всегда соответствует движениям пользователя и может быть адаптирована к его индивидуальным предпочтениям. Пользователь всегда контролирует процесс и может отключить устройство в любое время.

Исследователи протестировали этот прототип в эксперименте с участием 12 человек: десяти человек без каких-либо физических нарушений, одного человека с мышечной дистрофией и одного человека с травмой спинного мозга.

Результаты оказались многообещающими: благодаря экзомускулу все участники могли поднимать руки и/или предметы и держать их в таком положении гораздо дольше обычного.

Выносливость увеличилась примерно на треть у здоровых испытуемых и примерно на 60% у участника с мышечной дистрофией. В то же время участник с травмой спинного мозга смог выполнять упражнения в три раза дольше.

Также подавляющее большинство участников сочли устройство интуитивно понятным в использовании.

Чтобы экзоскелет можно было незаметно и удобно носить под одеждой, его необходимо уменьшить в размерах и облегчить. В настоящее время привод и блок управления вместе весят целых четыре килограмма. Над этой задачей сейчас работают создатели системы.

Статья с описанием новой разработки была опубликована в издании Nature Machine Intelligence.

Это устройство предназначается для людей, которые ещё могут активно управлять работой экзоскелета.

В свою очередь, новая разработка физиков и реабилитологов из Университета Джонса Хопкинса в США предназначена для пользователей с очень ограниченной подвижностью.

В недавно опубликованной работе они описывают важное достижение в области робототехники.

Менее чем за 90 секунд человек, который не мог пользоваться пальцами около 30 лет, сам съел десерт с помощью ножа и вилки. Для этого он использовал лишь свой разум и… пару умных роботизированных рук.

Кадры из видео, в котором демонстрируется работа устройства.

Изображение D. Handelman et al./Front. Neurorobot., 2022.

Напомним, что системы ИМК (интерфейс мозг-компьютер) обеспечивают прямую связь между мозгом и компьютером, который декодирует нейронные сигналы и использует их для выполнения различных внешних функций.

В этом конкретном эксперименте сигналы мозга помогали человеку виртуозно управлять роботизированным протезом.

Отдельным достижением в этой работе можно считать высокую автономию робота при ограниченном вмешательстве со стороны человека.

Машина выполняет большую часть работы, но позволяет пользователю управлять даже тонкими движениями робота.

Этот прорыв учёных с использованием интерфейса мозг-компьютер и пары модульных протезов конечностей описан в научном журнале Frontiers in Neurorobotics.

Во всех этих дополнительных конечностях можно легко запутаться, если не научиться воспринимать их как части собственного тела. Но способен ли наш мозг на такую «синхронизацию»? Может ли он принять за свои третью и четвёртую руки?

Это решила выяснить группа исследователей из Японии. Для своих экспериментов учёные разработали дополнительные роботизированные руки, управляемые… движениями ног пользователя в виртуальной среде.

Схема проведения эксперимента.

Иллюстрация Toyohashi University of Technology.

Оказалось, что пользователи действительно смогли ощущать внешние манипуляторы как часть собственного тела.

Результаты этого исследования указывают на то, что подобные системы можно свободно использовать без дополнительных когнитивных усилий. Подобные «улучшения» физических возможностей воспринимаются мозгом не как инструменты (наподобие ножниц, или, к примеру, велосипедов) а как настоящие части тела.

Работа японских учёных была опубликована в издании Scientific Reports.

Больше удивительных новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

технологии
наука
техника
мышцы
экзоскелеты
робототехника
новости

Что такое экзоскелеты — Iberdrola

 СМОТРИТЕ ИНФОГРАФИКУ: Различные типы экзоскелетов, области применения и преимущества [PDF]

ОСНОВНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ: В ПРОМЫШЛЕННОСТИ, В ЗДРАВООХРАНЕНИИ 

Этот тип механической рамы имеет множество применений. Они варьируются от промышленного применения до здравоохранения и реабилитации и даже военного применения.

Реабилитационные экзоскелеты

Чаще всего экзоскелеты используются в сфере здравоохранения и, в частности, в реабилитационной медицине. Это первоначальная идея экзоскелетов: помогать людям, которые пострадали от какого-то несчастного случая и которым нужно снова нормально ходить или функционировать. С годами эти устройства совершенствовались и оптимизировались, чтобы их было проще использовать. Этот тип вспомогательной рамы специально разработан, чтобы помочь людям, которые перенесли такие заболевания, как, например, инсульт, или те, кто получил какую-либо травму и нуждается в помощи, чтобы снова ходить или укреплять свои мышцы.

Детские экзоскелеты

Детские или педиатрические экзоскелеты предназначены для детей с нарушениями подвижности, например, страдающих спинальной мышечной атрофией (СМА). Это оправы, адаптированные к самым маленьким размерам детей и отвечающие их потребностям настолько, что благодаря этим системам дети впервые могут ходить. Есть много примеров, например, Atlas 2030 , экзоскелет для детей старше трех лет, который выдерживает до 40 кг.

Этот экзоскелет имеет сухожилия, моторы и суставы, благодаря которым дети могут выполнять все виды движений с помощью каркаса. Благодаря этим устройствам многие дети могут сделать свои первые шаги и укрепить мышцы, а также получить огромную пользу в других аспектах, таких как когнитивные, социальные, игровые, инклюзивные и, прежде всего, эмоциональные преимущества как для ребенка, так и для его семьи.

Экзоскелеты детские показаны детям в возрасте от 4 до 10 лет с такими патологиями, как:

• Травмы спинного мозга.
• Детский церебральный паралич.
• Атрофия мышц.
• Мышечная дистрофия.
• Миопатии.
• Другие нервно-мышечные заболевания, вызывающие прогрессирующую общую слабость.

Армейские экзоскелеты

Еще одной областью применения экзоскелетов является армия, так как они помогают снизить физическую нагрузку на солдат. Это звучит как научная фантастика, но есть несколько таких инициатив, таких как прототипы, разработанные DARPA на рубеже веков, или костюм ONYX от Lockheed Martin, который призван помочь солдатам выполнять задачи, требующие больших усилий для коленей, такие как перемещение по пересеченной местности. труднопроходимая местность. Считается, что эти экзоскелеты улучшат защиту солдат и физическую нагрузку, а также когнитивную нагрузку за счет использования датчиков.

Экзоскелеты в промышленности

Заводы и сборочные линии , а также склады — это места, где экзоскелет может принести множество преимуществ. Тяжелые, повторяющиеся задачи или задачи, которые приводят к неудобной позе, отягощают работников, поэтому некоторые компании используют роботизированные каркасы для всего тела или конечностей. Таким образом удается освободить их от тяжелых нагрузок, перенапряжения, а также сделать более устойчивыми к вынужденным позам в течение рабочего дня. Эти решения не по карману каждой компании, так как стоят очень дорого.

КАК БУДУТ РАЗВИВАТЬСЯ ЭКЗОСКЕЛЕТЫ

Когда дело доходит до экзоскелетов, термин трансгуманизм появляется естественным образом. Эта концепция относится к международному культурному и интеллектуальному движению, целью которого является изменение условий жизни человека путем разработки и производства технологий, расширяющих человеческие возможности, будь то физические, психологические или интеллектуальные.

Возможно, экзоскелеты в будущем приведут нас к этому трансгуманизму, но, несмотря на огромные преимущества, которые они представляют, нам еще предстоит решить ряд серьезных проблем.

Мощность, необходимая для его работы

Экзоскелеты должны быть портативными или не должны быть физически подключены к стационарному источнику питания. Чтобы эти устройства были жизнеспособными, они должны быть полностью автономными.

Их блоки питания должны быть легкими, надежными и долговечными, а это сочетание требований трудно выполнить при низкой цене. Это похоже на случай с аккумуляторами для электромобилей.

Стоимость

Высокая стоимость этих устройств является существенным препятствием. В случае медицинских экзоскелетов , речь идет о десятках тысяч евро за единицу, даже для самых доступных вариантов. В настоящее время эти затраты могут оправдать только самые передовые медицинские центры с самыми большими бюджетами, а также крупные производства.

Робототехника как услуга (RaaS) может быть способом постепенной демократизации этих устройств для промышленных приложений, но, например, для пользователей с ограничениями подвижности эта модель также создает определенные проблемы. Для большинства из этих людей затраты непомерно высоки.

Эргономика, комфорт и диапазон движений

Реальность такова, что хотя экзоскелеты помогают преодолевать физические барьеры человека, они далеко не удобны. Они могут быть тяжелыми, даже если сами по себе снимают часть этого лишнего веса, и могут быть неудобными. То, как они прикреплены к телам пользователей, может вызвать неприятное и даже болезненное трение. Это серьезное препятствие, поскольку, хотя они предотвращают травмы и повышают производительность, они являются непривлекательными инструментами, потому что они громоздки в использовании.

Кроме того, современные экзоскелеты имеют ограниченный диапазон движений, далекий от диапазона движений суставов человеческих конечностей, так что подвижность пользователей при ношении экзоскелета не отражает естественного движения.

Это основные аспекты, которые необходимо улучшить, чтобы эти типы вспомогательных устройств или устройств расширения возможностей стали универсальными решениями, доступными для всех. Они являются основными направлениями развития технологии, которая может вывести нас, людей, далеко за пределы наших максимальных физических возможностей.

Из чего сделаны роботизированные экзоскелеты человека?

перейти к содержанию

Из чего сделаны роботизированные экзоскелеты человека?

Роботизированные экзоскелеты человека, являющиеся одной из главных тенденций в области здравоохранения и технологий, меняют наш подход как к медицинскому обслуживанию, так и к промышленному труду. С одной стороны, роботизированные экзоскелеты несут надежду людям во всем мире, которые борются с потерей подвижности и независимости или страдают от паралича после инсульта, травмы головного или спинного мозга. С другой стороны, они расширяют возможности работников сверх того, что ранее считалось возможным. Учитывая характер их преимуществ, неудивительно, что они также используются в военных исследованиях и разработках.

Что такое Человеко-роботизированные экзоскелеты?

Человеческие роботизированные экзоскелеты изготавливаются механически с учетом анатомии пользователя для повышения подвижности и выносливости. Они включают в себя применение робототехники и биомехатроники — исследования науки, объединяющего биологию с «мехатроникой», дисциплиной на стыке электроники, механики и вычислительной техники. Целью этой революционной технологии является повышение физической независимости и эффективности. Он предназначен для оказания помощи людям путем улучшения, укрепления или восстановления, в зависимости от обстоятельств, физической работоспособности человека. Человеческие роботизированные экзоскелеты также могут работать над уменьшением энергии, необходимой для движения суставов, облегчая повторяющиеся задачи, а также работать над улучшением движений человека в случаях потери подвижности.

Самая ранняя работа, связанная с роботизированными экзоскелетами человека, была сделана намного раньше, чем вы думаете. Русский изобретатель по имени Николай Ягн получил первый утвержденный патент на экзоскелет с электроприводом в 1890 году. Это было пружинное устройство, разработанное для военных с целью улучшить способность пользователя бегать и прыгать, но оно так и не прошло. чертежная доска.

Только в 20 веке роботизированные экзоскелеты были собраны. В 1960 году General Electric создала Hardiman, или «Исследования и разработки в области увеличения человека», и «MANipulator» , машину весом 1500 фунтов, произведенную при финансировании военных. К сожалению, машина была слишком большой и тяжелой, чтобы работать должным образом, и от проекта отказались.

Наконец, примерно в 2000 году появился BLEEX (экзоскелет нижней конечности Беркли) , пара роботизированных ног, разработанная инженерами Калифорнийского университета в Беркли и финансируемая DARPA (Агентство перспективных оборонных исследований), направленная на уменьшение усилий, необходимых для переноски. большие нагрузки на длинных участках.

Сегодня роботизированные экзоскелеты стали более распространенными и сложными, с множеством функций и применений. Такие компании, как Ekso Bionics, разработали экзоскелеты для военных исследований, помощи промышленным работникам и помощи в нейрореабилитации.

Компоненты человеческих роботизированных экзоскелетов

Роботизированные экзоскелеты, созданные для людей, могут выглядеть по-разному в зависимости от функций, которые они выполняют. Экзоскелеты могут быть изготовлены из таких материалов, как углеродное волокно, металл и эластик. Их охват также варьируется от всего тела до нижних или верхних конечностей или определенной части тела, такой как плечо, бедро или лодыжка. Некоторые экзоскелеты имеют регулируемое оборудование, поэтому их можно адаптировать к человеку, который их использует. В целом технология экзоскелета во многом зависит от его типа и функции.

Экзоскелеты бывают двух типов: активные и пассивные.

Экзоскелеты с электроприводом оснащены электроникой, которая регистрирует силу, приложенную к тому или иному действию, что позволяет экзоскелету разделить часть этой нагрузки с пользователем. Чтобы экзоскелет работал исправно, должны быть технологии, поддерживающие три модуля: смысл , решение , исполнение . Эти технологии включают датчики, приводы, механические конструкции, алгоритмы и стратегии управления, которые собирают необходимую информацию для выполнения каждого действия. Это может показаться сложным, но на самом деле это довольно просто. Есть три основных шага, которые сопровождают три модуля.

• В сенсорном модуле происходит сбор информации. Экзоскелет записывает данные от пользователя через датчики устройства.
• Затем модуль принятия решений интерпретирует эти данные и распределяет их по предполагаемым действиям.
• Наконец, исполнительный модуль обеспечивает механическую энергию для выполнения задачи.

Примеры экзоскелета с электроприводом для нижних конечностей в Ekso Bionics:

• Сбор данных

Эта функция позволяет пользователю просматривать время, расстояние и скорость ходьбы для конкретного сеанса. Он также надежно сохраняет эту информацию в облачной информационной панели для упрощения анализа.

• Врачебный контроль:

Эта функция позволяет врачу задавать определенные параметры, которые они могут использовать для оказания более эффективной помощи пациенту, например, в качестве тренировочных целей и параметров шагов.

• Программное обеспечение Smartassist:

Эта функция позволяет клиницисту настраивать опору двигателя независимо для каждой ноги для различных уровней нарушения, от полной помощи до движения, инициированного пациентом, как в фазе ходьбы, так и в фазе ходьбы.

• Адаптивная тренировка ходьбы:

Эта функция состоит из датчиков и программного обеспечения, которые постоянно отслеживают и регулируют движения ног, чтобы свести к минимуму компенсаторные модели походки.

• Предамбулаторные инструменты:

Эта функция включает в себя набор программ под названием preGait, который состоит из программ, которые помогают пациентам балансировать, перемещать вес, приседать и делать шаг на месте перед ходьбой.

В отличие от экзоскелета нижних конечностей, здесь представлены особенности жилет экзоскелет для верхних конечностей для строительства в Эксо Бионикс:

• Mobility Structure

Экзоскелетный жилет имеет запатентованную многозвенную структуру, которая плавно следует за рукой и локтем пользователя во всем диапазоне движений, обеспечивая при этом правильное выравнивание суставов при повторяющихся движениях.

• Экстремальные логистические позиции

В этих положениях можно тянуться прямо над головой, через тело или даже в задний карман для телефона — с этим носимым экзоскелетом ограничений нет.

• Регулируемые силовые приводы

Эти приводы доказали свою исключительную надежность, выдержав более миллиона циклов, прежде чем потребуется их замена.

• Индивидуальные уровни помощи

Уровень каждого устройства можно отрегулировать в соответствии с пользователем и задачей, легко заменив набор компактных газовых пружин. Различные уровни могут быть даже выбраны для каждой руки независимо в зависимости от задачи.

Пассивные экзоскелеты полностью механические, обеспечивают поддержку с помощью шкивов, пружинного балансира и грузов для уравновешивания рабочей нагрузки. Пассивные системы обычно снимают вес с плеч и рук пользователя и переносят его на их центр тяжести, так что пользователь получает повышенную выносливость при выполнении задач над головой и другой сложной работы.

Технология экзоскелета не только помогает человеку выполнять задачи, которые напрямую способствуют повышению мобильности, но также предоставляет медицинским работникам информацию, необходимую для лечения с более высокими шансами на успех. Для пациентов с низкой вероятностью восстановления подвижности эти аппараты могут стать спасением, во многих случаях обеспечивая полную реабилитацию.

Экзоскелеты для реабилитации

Заболевания или травмы, которые можно лечить с помощью физиотерапии и носимого экзоскелета, включают, но не ограничиваются: инсульт, повреждение спинного мозга, черепно-мозговую травму, аневризму, гипоксию/аноксию, ишемию, опухоль головного мозга или любая другая приобретенная травма головного мозга. Для людей, восстанавливающихся после этих травм, экзоскелеты отлично подходят для реабилитации и восстановления подвижности. Экзоскелеты могут привести этих пациентов от инвалидности нижних конечностей и полной потери движения к моменту выхода из инвалидных колясок и обучению ходить заново. Одно исследование, проведенное в 2015 году , показало, что «способность восстанавливать походку у людей с параплегией улучшилась благодаря развитию различных экзоскелетов с электроприводом и технологий нервно-мышечной стимуляции. Экзоскелеты с электроприводом способны восстанавливать движения вставания, приседания и ходьбы». Эти устройства, расширяющие возможности человека, действительно являются реабилитационным инструментом для физиотерапевтов, чтобы бросить вызов своим пациентам, требуя активного участия, которое, как известно, способствует пластичности мозга.

Экзоскелеты для терапии верхних конечностей

Экзоскелеты для реабилитации верхних конечностей помогают физиотерапевтам, эрготерапевтам, физиотерапевтам и врачам в клинической реабилитации пациентов со слабостью или параличом верхней части тела. Эта новая технология также приносит большие преимущества в промышленных приложениях и других рабочих условиях или на рабочих местах. Носимые экзоскелеты помогают работникам выполнять задачи с полным диапазоном движений, а не поддаваться усталости, чрезмерной нагрузке или повторяющимся движениям.

Травма, приводящая к снижению силы верхней части тела, может быть вызвана любыми причинами, будь то профессиональные риски, спортивная травма или болезнь. Экзоскелет для верхней части тела — это носимый жилет, который помогает выполнять повседневные задачи и использовать руки и плечи без ограничений. Есть несколько разных причин, по которым кто-то может получить пользу от терапии верхних конечностей и бионики. Некоторые условия ЭксоУЭ полезен при: инсульте, повреждении спинного мозга, черепно-мозговой травме, мышечной дистрофии, атаксии, ортопедической травме, опухолях головного мозга, травмах плечевого сплетения и других случаях слабости или паралича верхних конечностей. Реабилитационное лечение может начинаться сразу же после травмы или после того, как любой шанс обратить вспять повреждение с помощью медицинских средств исчез. Эти процедуры предназначены для укрепления ослабленных мышц, переобучения частей мозга для замены поврежденных областей и помогают пациенту адаптироваться к новому способу ведения дел.

Экзоскелеты для терапии нижних конечностей

Экзоскелеты для терапии нижних конечностей подходят многим людям, выздоравливающим после травмы спинного мозга, инсульта и черепно-мозговой травмы на любом этапе стационарной или амбулаторной реабилитации, желательно как можно раньше после диагностики. Пациентам может быть полезно стоять и делать свои первые шаги после травмы, а также повторно тренировать работу мозга и мышц, когда они снова учатся ходить. Это также может помочь отточить навыки ходьбы и улучшить походку пациентов, поскольку они учатся регулировать свои движения.

С помощью этого инструмента у пациентов есть возможность обрести как можно больше утраченных способностей. Экзоскелет обеспечивает прогрессивные уровни поддержки, поэтому врач может уменьшить помощь, которую система предлагает пациентам по мере их улучшения, и даже добавить сопротивление одной или обеим ногам. Пациенты, передвигающиеся в инвалидной коляске, могут использовать экзоскелет, чтобы восстановить способность стоять, переучив мышцы поддерживать вес тела без напряжения. Терапевты переключаются между движениями, инициируемыми пациентом, и движениями, инициируемыми терапевтом, адаптируя реабилитацию к пациенту.

Человеко-робототехника для промышленного труда

Промышленные рабочие, работающие в сфере строительства или производства, извлекают выгоду из значительно меньшей вероятности травм и повышения качества работы благодаря использованию экзоскелетов для улучшения своих физических возможностей. Механические руки и жилеты помогают им поднимать тяжелые грузы и выполнять повторяющиеся задачи в активном диапазоне движений, чтобы они не поддавались усталости и/или травмам.

Почему стоит выбрать Ekso Bionics для роботизированных экзоскелетов человека?

Ekso Bionics является лидером в области технологий экзоскелетов с первым экзоскелетом, одобренным FDA для инсульта и ТСМ в дополнение к приобретенной черепно-мозговой травме . С более чем 175 презентациями на конференциях, главами и опубликованными статьями, Ekso является наиболее широко изученным экзоскелетом для реабилитации, продвигая пациентов далеко за пределы того, чего они могли бы достичь в противном случае. Наши экзоскелеты основаны на данных более чем 40 ведущих отраслевых партнеров-исследователей и помогают людям с параличом вставать и ходить, улучшают рабочие возможности во всем мире и проводят исследования для продвижения научно-исследовательских проектов, направленных на усиление оборонного потенциала США.

Отрасли, на которых специализируется Ekso Bionics

EksoHealth — подразделение Ekso Bionics, специализирующееся на нейрореабилитации. Мы помогли тысячам пациентов с инвалидностью нижних конечностей пройти более 180 миллионов шагов с помощью Ekso и вдохновили на создание совершенно новой индустрии медицинского оборудования. Точно так же мы помогли многим пациентам с ограниченными возможностями верхних конечностей, позволив им пройти реабилитационные сеансы с более высокой дозировкой, более интенсивной терапией и более широким активным диапазоном движений.