Kan robotiska exoskelett byggda med AI förhindra muskuloskeletala skador?

Framstegen inom AI påverkar robotiken i vården kraftigt. Båda områdena har utvecklats mycket under det senaste årtiondet och möts nu på sätt som förstärker varandra. Här förklaras hur AI kan göra robotiska exoskelett till vardagshjälpmedel och varför det är relevant för dig.

Varför har vi inte exoskelett i bruk redan?

Idén om robotiska exoskelett har funnits länge och tekniken har utvecklats så långt att den kan stödja människoliknande funktioner och lemmar. Ändå lär du inte se ett exoskelett i mataffären eller på den lokala verkstaden. För närvarande är tekniken främst begränsad till forskningsanläggningar.

Det främsta hindret för att göra exoskelett användbara i arbetslivet och andra sammanhang är programvaran snarare än hårdvaran. Att bygga en motor som fungerar som en led är enkelt. Att bygga en dator som ser som ett öga eller känner som en hand är betydligt svårare.

Källa – eksobionics

Exoskelett kräver hittills omfattande kalibrering och måste anpassas till personen, situationen, miljön och uppgifterna. Det stora programmeringsbehovet gör att de flesta har begränsade funktioner.

Skapa mer mångsidiga exoskelett

Utvecklarna insåg tidigt dessa begränsningar och försökte lösa dem med programvara. De mest avancerade exoskeletten använder AI för att bedöma en situation och välja det program i biblioteket som bäst motsvarar den. Detta har varit mer framgångsrikt men kräver fortfarande mer beräkningskraft än vad som kan erbjudas i en bärbar och prisvärd enhet.

Ett nytt tillvägagångssätt

Ett team av maskiningenjörer vid Georgia Tech, lett av Aaron Young, har presenterat en lösning som fokuserar på personens rörelser i stället för omgivningen. Genom en universell styrstandard utvecklade teamet det första generella tillvägagångssättet för att styra robotiska exoskelett.

Arbetet resulterade i ett förbättrat styrsystem för exoskelett som inte kräver träning, kalibrering eller justering före användning. Systemet kan automatiskt anpassa sig efter om personen går, står, går i trappor eller uppför ramper.

Den mänskliga skillnaden

Enheten innehåller många tekniska framsteg. Det mest intressanta är kanske forskarnas fokus på människans handlingar snarare än omgivningen. I efterhand verkar det naturligt, men att förstå omgivningen genom människans fysiologi var inte möjligt före AI.

Artificiell intelligens

Systemet använder en AI-algoritm för djupinlärning som omvandlar mänskliga handlingar till rörelse i enheten. Kraft- och rörelsedata analyseras i realtid för att återskapa rörelsernas intensitet och optimera prestandan. AI tar också bort behovet av manuella reglage för exempelvis trapp- eller löpläge.

Träna AI:n

För att träna AI-systemet behövde ingenjörerna skapa ett databibliotek. De samlade en grupp användare som bar enheten i ett läge där sensorerna registrerade data. För att få stor variation sökte forskarna personer av olika kön och kroppstyper.

Deltagarna fick utföra uppgifter som att springa, hoppa och trycka mot kraftplattor som mätte belastningen. De gick också i trappor och på ramper som en del av programmeringen.

Alla registrerade data fördes in i djupinlärningssystemets bibliotek. Därmed kunde forskarna avgöra exakt vad varje led gjorde under olika aktiviteter. Resultatet blev en universell styrenhet som bedömer situationen utifrån användarens reaktioner i stället för omgivningen.

Tidigare AI‑projekt

Aaron Young och hans team är fortsatt pionjärer inom AI-styrda exoskelett. De har tidigare skapat imponerande produkter för personer med rörelsesvårigheter, däribland AI-baserade proteser som hjälper barn med hjärnskador att förflytta sig säkert.

Robotiska exoskelett förbättrar livet för personer med funktionsnedsättningar

Det finns många skäl till att exoskelett skulle gynna samhället. Studier visar att de kan hjälpa personer med funktionsnedsättning att röra sig fritt. De kan också stödja rehabilitering och hjälpa människor att återfå sitt naturliga gångmönster.

Exoskelett kan i framtiden användas i stora industrianläggningar för att minska trötthet och förebygga skador. Från soldater som bär mer ammunition till mekaniker som enkelt lyfter ut motorer finns många användningsområden som kan förbättra vardagen.

Innovativa lösningar för återhämtning och rehabilitering

AI och robotik i vården växer, och nya idéer ökar investerarnas intresse. Fler AI-baserade robotsystem än någonsin används redan. De blir allt bättre på att kommunicera och hjälpa till med vardagsuppgifter. Här är exempel på hur AI förändrar marknaden och skapar nya möjligheter.

1. Limbitless Solutions

Limbitless Solutions startade 2015 och är baserat vid University of Central Florida. Forskningsföretaget presenterade nyligen en produkt som hjälper barn utan lemmar att hantera stigmat kring proteser genom personligt utformade yttre höljen.

Barnen använder en AI-bildgenerator från Adobe (ADBE ) för att skapa förslag utifrån textbeskrivningar. De flesta väljer figurer från spel och filmer. När de valt en design tillverkas en 3D-utskriven version som enkelt knäpps fast direkt på protesen.

Teamet arbetar för närvarande med barn vid Orlando Health Arnold Palmer Hospital for Children. Deltagarna uppgav att de kände sig mer positiva efter att ha anpassat sina proteser. Idén kan i framtiden ge många fler personliga och tilltalande proteser.

2. Rewalk Robotics även kallat ‘DBA Lifeward’

LFWD Prisdiagram

ReWalk Robotics är ett annat företag att följa. Det presenterade nyligen ett mjukt, textilbaserat personligt exoskelett som hjälper personer efter stroke att återlära sitt ursprungliga gångmönster. AI registrerar och justerar stegen under rörelse.

Mjuka material minskar vikten och ökar komforten. Enheten är lätt att använda och kan fästas på patienten på mindre än fem minuter. Det lätta, vikbara materialet gör den också billigare och enklare att förvara än andra alternativ.

Användaren får en kontrollpanel som fästs på handleden. Med den anpassas exoskelettets funktion till situationen. Det finns inställningar för trappor, uthållighetsträning, lugna promenader och andra behov.

ReWalk erbjuder flera AI-baserade robotlösningar för rehabilitering. Företaget säkerställer att enheterna har FDA-klarering och CE-märkning, vilket hjälper patienter att få försäkringsersättning.

Användningsområden för AI-styrda robotiska exoskelett

Efterfrågan på intelligenta exoskelett har vuxit inom flera sektorer under det senaste årtiondet. Beroende på sammanhang kan tekniken användas för att skada, läka eller hjälpa. Här är några användningsområden att följa.

Militär

Försvarsindustrin har länge intresserat sig för exoskelett. DARPA har finansierat många tävlingar för att driva innovation inom militära exoskelett. Organisationerna ser flera användningsområden på slagfältet.

Exoskelett kan en dag låta soldater bära mer utrustning eller gå längre sträckor. De kan också hjälpa till att föra skadade i säkerhet och hålla försörjningslinjerna fungerande.

Industriell

Robotarnas industriella revolution har förändrat flera branscher. Dagens fordon är mer tillförlitliga, avancerade och komplexa tack vare robotarnas precision. Den första generationen kunde inte tänka utan följde enkla instruktioner. Den nya generationen kommer att kunna utföra flera uppgifter utifrån aktuella behov.

Smarta robotar har gett företag som Amazon (AMZN ) konkurrensfördelar. När LLM-baserade chattbotar som ChatGPT gör AI-samspel smidigare kan människor med exoskelett arbeta tillsammans med robotar som styrs av avancerade AI-system.

Rymdresor

Robotiska exoskelett kan i framtiden hjälpa astronauter att röra sig i rymdens varierande miljöer. Robotik har redan spelat en viktig roll i utforskningen, bland annat på den internationella rymdstationen.

NASA presenterade exoskelettet X1 2012, utvecklat tillsammans med IHMC utifrån Robonaut 2-teknik. Det kan hjälpa eller motstå rörelser i benlederna och studerades både för astronauters träning i rymden och för att hjälpa personer med förlamning att gå på jorden.

Smarta exoskelett som förbättrar ditt liv

Om du har skottat en uppfart i kyla eller burit tungt i sommarhetta förstår du nyttan med ett exoskelett. AI har förvandlat tekniken från motorer till tänkande maskiner som kan förebygga skador och stödja rehabilitering. Därför är AI-robotik ett område att följa.

Läs mer om spännande blockkedjeprojekt här.