Control del exoesqueleto independiente de la tarea a través de la estimación del momento de la articulación biológica

Área de la Ciencia:

• La robótica
• Biomecánica
• Inteligencia artificial

Sus antecedentes:

• Los controladores actuales del exoesqueleto de las extremidades inferiores luchan con diversos movimientos humanos, lo que limita su aplicación en el mundo real.
• Los sistemas existentes a menudo requieren un ajuste específico de la tarea, lo que dificulta las transiciones sin problemas entre las actividades.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y evaluar un controlador independiente de la tarea para los exoesqueletos de las extremidades inferiores que ayude a los usuarios en una amplia gama de actividades.
• Permitir la asistencia autónoma y múltiple mediante la estimación de los momentos biológicos conjuntos utilizando una red neuronal profunda.

Principales métodos:

• Se entrenó una red neuronal profunda para estimar los momentos de las articulaciones de cadera y rodilla en tiempo real.
• El controlador se integró en un exoesqueleto integrado en la ropa y se probó durante 28 actividades diferentes.
• El rendimiento se evaluó comparando los momentos estimados con la verdad del terreno y evaluando la energía del usuario.

Principales resultados:

• El controlador estimó con precisión los momentos de cadera y rodilla (R2 promedio de 0,83) en 28 actividades, desde la locomoción cíclica hasta las tareas no estructuradas.
• El controlador independiente de la tarea superó significativamente un método basado en el clasificador de tareas.
• Las energías del usuario se redujeron en un 5,319,7% en diez actividades diversas sin recalibración del controlador.

Conclusiones:

• Un controlador agnóstico de tareas que utiliza una estimación de momento basada en una red neuronal profunda permite una asistencia efectiva y coordinada en los exoesqueletos de las extremidades inferiores.
• Este enfoque mejora significativamente la adaptabilidad y la eficiencia del exoesqueleto en un amplio espectro de comportamientos humanos.
• El controlador desarrollado es un paso crucial hacia la viabilidad en el mundo real de los exoesqueletos de asistencia.