Un esoscheletro ottimizzato per una maggiore interazione uomo-macchina

L’espressione “un passo avanti” non poteva essere più azzeccata in questo caso. Gli studi effettuati presso il College of Engineering della Carnegie Mellon University potrebbero infatti contribuire ad importanti sviluppi nel campo dei robot indossabili. Nello specifico, la ricerca ha riguardato un esoscheletro indossato su una caviglia capace di adattarsi al modo di camminare di ogni singolo individuo fornendo un’assistenza personalizzata. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science lo scorso giugno.

In questa direzione si erano mossi anche l’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna a Pisa, insieme al Politecnico di Losanna, sviluppando un esoscheletro anti-caduta capace di registrare la camminata del paziente ed adattarsi ad essa.

Human-in-the-loop optimization

Studi precedenti hanno dimostrato come un unico esoscheletro possa non essere adatto a tutti gli individui, avendo ognuno movimenti naturali univoci. L’obiettivo è stato allora quello di implementare un algoritmo che permettesse una maggiore interazione tra uomo e macchina, grazie ad uno scambio di feedback. Il punto centrale dello studio consiste in quella che viene chiamata dagli stessi ricercatori “Human-in-the-loop optimization“. Monitorando il consumo energetico del paziente, il dispositivo si adatta gradualmente, così come il paziente di adatta al dispositivo: è questo il “loop” che rende efficace questa tecnica.

Gli esoscheletri esistenti, nonostante il loro potenziale, non hanno migliorato le prestazioni della camminata quanto pensiamo avrebbero dovuto.

Afferma Steven Collins, professore associato di ingegneria meccanica.

L’algoritmo software è affiancato da un versatile emulatore hardware che identifica automaticamente l’assistenza ottimale per l’individuo. Il proposito era quello di minimizzare la spesa energetica durante il cammino ed i risultati non hanno deluso le aspettative. Nel corso di un’ora, il sistema è stato testato su 32 diversi modelli di camminata, ognuno con il proprio profilo energetico. L’esoscheletro agisce modificando, in base ai dati raccolti, la coppia massima (rotazione) alla caviglia e i tempi di salita e discesa. I test sono stati eseguiti su 11 volontari ed il riscontro è stato una diminuzione del 24% del contributo energetico, nel caso di supporto applicato ad una sola caviglia. Quando, invece, il supporto è stato applicato ad entrambe le caviglie, il consumo metabolico è risultato inferiore del 33% rispetto alla normale camminata.

Siamo davvero entusiasti di questo approccio, perché pensiamo che migliorerà drasticamente l’economia energetica, la velocità e l’equilibrio per milioni di persone, in particolare quelle con disabilità.

Conclude Collins.