外骨骼機(jī)器人通過模擬學(xué)習(xí)提升性能

　　新一期《自然》發(fā)表的生物醫(yī)學(xué)工程研究成果，報(bào)告了一種加速外骨骼機(jī)器人控制系統(tǒng)開發(fā)的模擬框架，其有助于推動(dòng)外骨骼裝置在現(xiàn)實(shí)世界的廣泛應(yīng)用。

　　外骨骼機(jī)器人能顯著提升人類運(yùn)動(dòng)，恢復(fù)殘疾人士的運(yùn)動(dòng)能力。不過，當(dāng)前的控制器在匹配不同個(gè)體需求和復(fù)雜的人體運(yùn)動(dòng)時(shí)仍面臨挑戰(zhàn)。它們通常需要開展大量的人體測(cè)試，依賴手工制作的規(guī)則，這限制了它們的廣泛應(yīng)用。之前的模擬研究并不包含控制器設(shè)計(jì)，也未考慮人類與機(jī)器人的交互，這給從模擬過渡到現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用帶來一些難題。

　　為克服這些困難，北卡羅來納州立大學(xué)蘇浩團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)能從人類與裝置交互中學(xué)習(xí)的框架。該框架不需要漫長的人體實(shí)驗(yàn)和人力資源，其能在模擬中生成人體運(yùn)動(dòng)、肌肉協(xié)調(diào)和外骨骼控制的三個(gè)互聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。他們對(duì)模型開展了數(shù)百萬次模擬試驗(yàn)驗(yàn)證其能從人體移動(dòng)數(shù)據(jù)中的學(xué)習(xí)能力。

　　為測(cè)試控制器在現(xiàn)實(shí)世界場景中的成功率，團(tuán)隊(duì)對(duì)一名佩戴髖關(guān)節(jié)外骨骼的使用者進(jìn)行了測(cè)試。他們對(duì)使用者跑步、走路和爬樓梯時(shí)進(jìn)行的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，控制器讓使用者的代謝率在行走時(shí)降低24.3%，跑步時(shí)降低13.1%，爬樓梯時(shí)降低15.4%，這表明整體上控制器能在不同活動(dòng)中成功協(xié)助使用者。

　　團(tuán)隊(duì)表示，目前仍需開展進(jìn)一步研究拓寬這些控制器的應(yīng)用范圍，從而讓輔助外骨骼應(yīng)用于更多的個(gè)體和任務(wù)。

（責(zé)任編輯：華康）