VIDEO ⟩ Seitsmepenikoorma saapad said valmis: nendega lippad kiiremini, kui kunagi varem

Uute saabastega pole palju pingutada vaja - need astuvad peaaegu ise edasi ja palju kiiremini, kui inimene ise pidevalt jaksaks kõndida. Foto: Stanfordi ülikool

Kui oled jooksja, saad nende saabastega veel kiiremini edasi. Kui aga on raskusi kõndimisega, siis Stanfordi ülikooli teadlaste loodud robotjalanõud aitavad püsti seista ja liikuda.

Stanfordi ülikooli biomehhatroonika labor on juba paarkümmend aastat arendanud eksoskeletti robotseadmetega, mis aitavad selle kandjatel kiiremini ja väiksema pingutusega kõndida või isegi joosta. Nüüd on need teadlased valmis saanud oma esimese «saapa», mida kirjeldati ka ajakirjas Nature avaldatud teadusartiklis.

Stanfordi biomehhatroonika labori juhtiv masinaehituse dotsent Steve Collinsi sõnul on nende robotjalanõu hea kõndimiskiiruse suurendamisel ja liikumise abistamisel.

Robotsaapal on mootor, mis töötab koostöös säärelihastega, et anda kandjale igal sammul lisatõuge. Kuid erinevalt teistest eksoskelettidest on see tõuge väga isikupärane tänu masinõppel põhinevale mudelile, mida treeniti aastatepikkuse töö käigus emulaatorite abil. Masin teab täpselt, mis hetkel ja kui palju inimest abistada.

Iga kasutaja jaoks pole vaja ehitada eraldi kohandatud eksoskeletti. Teadlaste loodud uut tüüpi jalanõu õpib ise kasutaja järgi. Selleks läheb vaja üht tundi, kuid juba 15 minuti pärast saab kandja robotjalanõuga hakata mugavalt liikuma, samal ajal kui tehisintellekt õpib veelgi täpsemalt tundma tema iga liigutust. Foto: Stanfordi ülikool

«Jooksulindil aitab meie seade kaks korda rohkem energiat säästa kui varasemad eksoskeletid,» ütles seadmei arendamisel doktorandina töötanud Patrick Slade. 

«Reaalses maailmas tähendab see märkimisväärset energiasäästu ja kõndimiskiiruse paranemist,» lisas järeldoktorant Wu Tsai Human Performance Alliance´ist, kes samuti roboti arendamisega tegeles.

Seadme eesmärgiks on aidata liikumispuudega inimestel, eriti eakamatel liikuda ringi just nii, nagu neile meeldib. Viimase tehnoloogilise läbimurde tõttu usub uurimisrühm, et seade on juba lähiaastatel müügile tulekuks valmis.

«Optimeeritud saabas aitas inimestel kõndida 9% kiiremini, kulutades läbitud vahemaa kohta 17% vähem energiat, kui tavaliste jalanõudega.»

«Esimene kord, kui paned eksoskeleti nii-öelda selga, võib see vajada veidi kohandamist,» ütles biomehhatroonika laboratooriumi magistrant Ava Lakmazaheri, kes kandis eksoskeletti ka ise. «Kõndimise esimese 15 minuti jooksul hakkab see aga tunduma juba üsna loomulik. Eksoskelettidega liikudes tundub sõna otseses mõttes, nagu oleks igal sammul toeks lisavedru. See lihtsalt muudab järgmise sammu palju lihtsamaks.»

Tõhusa eksoskeleti kasutamise suurim ebamugavus oli seni kohendamine iga inimese vajaduste ja omapärade jaoks. Enamik eksoskelette olid Collinsi sõnul loodud nii intuitsiooni kui biomimikri ehk looduse jäljendamise kombinatsioonis, kuid inimesed on selleks liiga erinevad, et kõigile sama lahendus sobiks.

Teadlased lahendasid probleemi emulaatoritega, mis proovisid, kuidas on kõige parem kõndimist toetada. Selleks pidid oma jala saapasse pistma kümned katsealused tudengid ja vabatahtlikud. Tulemused anti analüüsida masinõppe algoritmidele ning nüüd peakski saabast juhtiv tehisintellekt kandja järgi esimestel minutitel seadme ära kalibreerima, et anda igale sammule parimat tuge. Selleks kasutatakse saapasse pikitud erinevaid andureid.

Eksoskelett muudab kõndimise palju lihtsamaks ja võib suurendada oluliselt liikumiskiirust, rakendades pahkluule lisajõudu ning asendades osa säärelihase funktsioonidest. Kui kasutajad sammuvad, aitab seade vahetult enne tõuget varbad ilma erilise pingutuseta maapinnast lahti saada.

Lõplikuks kohanemiseks uue kasutajaga kulub jalanõul ligikaudu üks tund, kuni on ära õpitud kandja liikumise kõik omapärad.

«Optimeeritud saabas aitas inimestel kõndida 9% kiiremini, kulutades läbitud vahemaa kohta 17% vähem energiat, kui tavaliste jalanõudega. Need on seni suurimad edusammud säästliku kõndimise kiiruse ja energia osas kõigist eksoskelettidest,» ütles Collins. «Otseses võrdluses jooksulindil nõuab meie jalanõu umbes kaks korda vähem pingutust kui muud abiseadmed.»

Järgmise sammuna tahavad Stanfordi teadlased seadistada saapa põhilise sihtrühma jaoks: vanematele inimestele, kellel on puude tõttu liikumine raskendatud. Samuti plaanivad teadlased luua variatsioone tasakaaluhäirete ja liigesevalu all kannatajatele.

Vaata videost, kuidas robotsaapa kasutamine välja näeb: