Sviluppi nella tecnologia degli esoscheletri per la riabilitazione
Nuovi design negli esoscheletri mirano ad assistere persone con disabilità motorie.
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Indice
Le tecnologie indossabili sono diventate uno strumento importante per aiutare le persone con disabilità. Questi dispositivi possono assistere individui che hanno difficoltà a muovere le braccia o le gambe a causa di infortuni, malattie o condizioni legate all'età. Negli ultimi anni, i ricercatori si sono concentrati sulla progettazione di esoscheletri, che sono leggeri e facili da indossare. Questi esoscheletri aiutano le persone a svolgere attività quotidiane fornendo Supporto senza essere troppo restrittivi.
L'Importanza degli Esoscheletri
Gli esoscheletri sono sempre più popolari nel campo della riabilitazione e dei dispositivi di assistenza. Possono aiutare le persone a riacquistare indipendenza nella loro vita quotidiana. La tecnologia alla base di questi dispositivi è avanzata, consentendo agli sviluppatori di creare dispositivi che non ostacolano il movimento naturale. Ciò rende gli esoscheletri particolarmente adatti all'uso quotidiano. Tra i diversi tipi di esoscheletri, quelli azionati da cavi sono promettenti perché sono ben sviluppati e possono essere controllati più facilmente.
Sfide con gli Esoscheletri Attuali
Molti esoscheletri si basano su Sensori di forza per misurare quanto supporto forniscono all'utente. Tuttavia, questi sensori possono rendere gli esoscheletri più complessi e costosi. Rimuovere questi sensori potrebbe semplificare il design e rendere i dispositivi più accessibili. Questo è vantaggioso per mettere queste tecnologie nelle mani degli utenti che ne hanno bisogno.
Un Nuovo Approccio alla Progettazione degli Esoscheletri
I ricercatori hanno proposto un nuovo design per un esoscheletro azionato da cavi che non utilizza sensori di forza. Invece, si sono concentrati nel rendere l'esoscheletro il più confortevole e leggero possibile. L'obiettivo era creare un sistema che potesse misurare e controllare efficacemente il supporto fornito al braccio dell'utente senza la complessità aggiuntiva dei sensori di forza.
Testing dell'Esoscheletro
Per valutare l'efficacia del nuovo esoscheletro, è stato condotto uno studio con partecipanti sani. È stato chiesto loro di svolgere compiti mentre indossavano l'esoscheletro, che supportava il loro braccio mentre lo sollevavano e lo abbassavano. I ricercatori hanno misurato quanto bene l'esoscheletro seguiva i movimenti desiderati e quanta fatica gli utenti esercitavano durante i compiti.
Risultati dello Studio
I partecipanti che indossavano l'esoscheletro hanno dimostrato che poteva ridurre efficacemente l'attivazione dei muscoli utilizzati per sollevare il braccio. Ciò suggerisce che l'esoscheletro stava fornendo il supporto necessario per assistere gli utenti durante i compiti che svolgevano. Tuttavia, è stato segnalato un certo disagio nelle aree del collo e delle spalle, indicando che potrebbero essere apportate ulteriori modifiche per migliorare la vestibilità e il comfort dell'esoscheletro.
Attività Muscolare
Comprendere l'L'attività muscolare è stata misurata utilizzando elettrodi posizionati su vari gruppi muscolari. I risultati hanno mostrato che con l'esoscheletro, i muscoli responsabili del sollevamento del braccio avevano livelli di attività ridotti. Questo significa che l'esoscheletro stava facendo il suo lavoro nel fornire supporto e aiutare a ridurre lo sforzo su quei muscoli. Sebbene l'esoscheletro fosse efficace, ha influito sulla fluidità del movimento, indicando la necessità per i futuri progetti di migliorare ulteriormente il comfort.
Attrito
Il Ruolo dell'Un'altra sfida nella progettazione di questi esoscheletri è l'attrito che si verifica nei cavi utilizzati per trasmettere la forza. L'attrito può variare a seconda di come sono instradati e posizionati i cavi. Comprendendo e modellando queste forze di attrito, i ricercatori possono creare esoscheletri più efficienti che rispondano meglio ai movimenti degli utenti.
Direzioni Future
I risultati iniziali indicano che rimuovere i sensori dal design degli esoscheletri è fattibile. C'è potenziale per migliorare la tecnologia utilizzata in questi dispositivi, rendendoli più semplici e facili da utilizzare. C'è anche bisogno di concentrarsi sull'ergonomia del design per ridurre il disagio per l'utente.
Conclusione
Gli esoscheletri indossabili hanno il potenziale di fare una differenza significativa nella vita di individui con disabilità motorie. Con il proseguire della ricerca, l'obiettivo è creare esoscheletri che siano accessibili, confortevoli ed efficaci nel supportare gli utenti mentre svolgono compiti quotidiani. Lo sviluppo di dispositivi più semplici senza la necessità di sensori complessi potrebbe portare a un uso e un'accettazione più ampi di questa tecnologia preziosa.
Titolo: Sensorless model-based tension control for a cable-driven exosuit
Estratto: Cable-driven exosuits have the potential to support individuals with motor disabilities across the continuum of care. When supporting a limb with a cable, force sensors are often used to measure tension. However, force sensors add cost, complexity, and distal components. This paper presents a design and control approach to remove the force sensor from an upper limb cable-driven exosuit. A mechanical design for the exosuit was developed to maximize passive transparency. Then, a data-driven friction identification was conducted on a mannequin test bench to design a model-based tension controller. Seventeen healthy participants raised and lowered their right arms to evaluate tension tracking, movement quality, and muscular effort. Questionnaires on discomfort, physical exertion, and fatigue were collected. The proposed strategy allowed tracking the desired assistive torque with an RMSE of 0.71 Nm (18%) at 50% gravity support. During the raising phase, the EMG signals of the anterior deltoid, trapezius, and pectoralis major were reduced on average compared to the no-suit condition by 30%, 38%, and 38%, respectively. The posterior deltoid activity was increased by 32% during lowering. Position tracking was not significantly altered, whereas movement smoothness significantly decreased. This work demonstrates the feasibility and effectiveness of removing the force sensor from a cable-driven exosuit. A significant increase in discomfort in the lower neck and right shoulder indicated that the ergonomics of the suit could be improved. Overall this work paves the way towards simpler and more affordable exosuits.
Autori: Elena Bardi, Adrian Esser, Peter Wolf, Marta Gandolla, Emilia Ambrosini, Alessandra Pedrocchi, Robert Riener
Ultimo aggiornamento: 2024-06-26 00:00:00
Lingua: English
URL di origine: https://arxiv.org/abs/2406.18412
Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2406.18412
Licenza: https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
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