Kan svaret på rörlighetsproblem en dag vara lika enkelt som att dra i en byxa? Ett forskargrupp som leds av Bristol Universitys professor Jonathan Rossiter har nyligen presenterat ett par prototyppar robotbyxor som de hoppas kan hjälpa vissa funktionshindrade att gå utan annan hjälp.

Som ingenjör som forskar om sätt att hjälpa människor med ryggmärgsskador att flytta sina lemmar igen, Jag är mycket medveten om hur förlusten av rörlighet kan påverka en persons livskvalitet, och hur återställning av den rörelsen kan hjälpa. Med tanke på det häpnadsväckande antalet personer med funktionsnedsättning (över 6,5 miljoner personer med rörelsehinder bara i Storbritannien) och vår åldrande befolkning, enheter som förbättrar rörligheten kan hjälpa en stor del av befolkningen.

Men trots 50 års forskning, denna typ av teknik har sällan antagits utanför labbet. Så är den nya utvecklingen av robotbyxor på väg att äntligen ta med en fungerande mobilitetsteknik in i hemmet?

Till skillnad från den styva robotanordningen i Wallace och Gromit -animerade filmen The Wrong Trousers, de nya så kallade "högerbyxorna" använder mjuka konstgjorda muskler för att skapa rörelse, samt utnyttja bärarens riktiga muskler. Dessa efterliknar mänskliga muskler genom att producera en kraft helt enkelt genom att bli kortare och dra i båda ändarna.

Genom att knyta ihop flera konstgjorda muskler, hjälpbyxorna kan röra en led, till exempel knäet, och hjälpa användaren med rörelser som att stå upp från en stol. Eftersom de konstgjorda musklerna är elastiska och mjuka är de säkrare än traditionella motorer som används i styva robotiska exoskeleton som, även om den är kraftfull, är styva och obekväma.

Forskarna har lagt fram flera olika idéer för hur man kan förkorta de konstgjorda musklerna och skapa rörelse. En design anpassar konceptet med luftmuskler, som effektivt är ballonger som expanderar i sidled och förkortas i längd när de fylls med luft.

En annan föreslagen design använder elektricitet för att förkorta en konstgjord muskel tillverkad av en gel placerad mellan två kopparplattor. Gelen lockas till områden med hög elektrisk spänning. Så att skapa två olika spänningar i plattorna tvingar gelén att krympa runt en av dem, föra dem närmare varandra och förkorta muskeln.

En annan teknik som är integrerad i hjälpbyxorna är funktionell elektrisk stimulering (FES). Elektroder vävda i byxorna strategiskt placerade över musklerna kan skicka specialdesignade elektriska impulser in i kroppen för att kapa kommunikationskanalen mellan hjärnan och musklerna och direkt beordra musklerna att dra sig samman. Genom att använda befintliga muskler och kringgå hjärnan, hjälpbyxorna kan till och med styra muskler som bärarna kan ha svårt att använda på egen hand (till exempel på grund av stroke).

Byxorna kan också hjälpa användare som kämpar för att stå hur länge som helst tack vare specialgjorda knäskydd i plast som stelnar när de svalnar. Att styra temperaturen på hängslen gör att knäet kan röra sig eller låsa sig i läge för att behålla sitt stående utan mycket ansträngning som behövs av musklerna (riktiga eller konstgjorda).

Andra funktioner inkluderar ett automatiskt bälte, använder en mekanism som liknar luftmusklerna, för att göra det enkelt och säkert att ta av och på byxorna.

Forskarna föreslår att man skapar ett inbäddat elektroniskt system som tar emot information om bärarens rörelse och tillstånd från sensorer inbäddade i byxorna, och styr alla system för att skräddarsy rörelser efter användarens behov. Elektroniken skulle göra det möjligt för användare att styra sin rörelse via kontroller som är direkt vävda på byxorna. Utmaningen blir att tidsbestämma rörelsen av de konstgjorda musklerna och den elektriska stimuleringen av de riktiga musklerna som svar på användarens hållning.

Återstående utmaningar

Högerbyxorna är unika i sitt tillvägagångssätt för att slå samman spetsforskning och väletablerade tekniker i en enda prototyp. Bortsett från nyheten med robotbyxor, Det som gör enheten så övertygande som en praktisk hjälpteknik är att den kan anpassas till många olika användare. Detta väcker förhoppningen att det kan antas allmänt när andra tidigare satsningar har misslyckats.

Dock, detta är bara prototypen. En fungerande produkt är förmodligen minst fem år bort och betydande frågor måste besvaras för att komma till det stadiet. Var kommer den att lagra all kraft den behöver? Hur kan alla system miniatyriseras och bäddas in i byxorna så att de inte blir skrymmande och besvärliga att bära? Kan styrenheten förutse den bästa åtgärden bland de ständigt föränderliga komplexiteten i verkliga miljöer där användare kommer att gå?

Men annan teknik har potential att förbättra byxorna ytterligare. Hjärn-dator-gränssnitt som kan avkoda hjärnsignaler används nu i system som hjälper förlamade människor att röra sig igen. Att styra hjälpmedelsbyxorna genom tanke kan göra att ta ett steg enkelt igen för många människor.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.