Under det kommande decenniet, Amerikanska tillverkare står inför en industriell kompetenslucka med prognoser om 2 miljoner tillverkningsjobb som inte kommer att fyllas på grund av brist på kvalificerade och skickliga sökande. En stor del av den nuvarande tillverkningsstyrkan närmar sig pensionsåldern och yngre generationer saknar ofta intresse för att lära sig de tekniska färdigheter som är förknippade med jobb inom tillverkning. Vidare, yrkesskador kostar amerikanska företag mer än 13 miljarder dollar årligen, med överansträngningsskador som står för majoriteten av skadorna.

Med ett pris på 3 miljoner dollar från National Science Foundation, Virginia Tech-forskare kommer att utföra grundläggande forskning för att utveckla helkroppsdrivna exoskelett för att öka mänsklig prestation vid industriell användning och för att förstå de dramatiska effekter de kan ha på det socioteknologiska landskapet av jobb. Exoskeleton är en bärbar enhet som kan öka bärarens styrka och uthållighet genom att stödja kroppsfogar och tillhandahålla hjälprörelser och ledmoment.

Divya Srinivasan, biträdande professor vid Grado Institutionen för industri- och systemteknik vid College of Engineering, leder anslaget, "Hela kroppen Exoskeletons för avancerad yrkesförbättring." Tilldelas av NSF:s Future of Work på programmet Human Technology Frontier, detta projekt syftar till att utveckla och utvärdera nya kontroller och människa-maskin-gränssnitt för drivna exoskelett, för att öka industriarbetarnas produktivitet och sänka skador, samtidigt som man bevarar mänsklig skicklighet för att arbeta i dynamisk, ostrukturerade miljöer.

Forskningen kommer att genomföras i samarbete med Sarcos Robotics, ett företag som har 20 års erfarenhet av att utveckla drivna exoskeleton med finansiering från DARPA och försvarsdepartementet.

"Tänk dig att vakna upp och kunna utföra tunga fysiska jobb utan smärta eller skador, "sa Srinivasan." Produktiviteten skulle öka om människor är friskare och säkrare. Arbetare som för närvarande har dessa positioner skulle kunna utföra jobbet med mindre fysisk ansträngning och på ett säkrare sätt, utveckla nya tekniska färdigheter, och eventuellt få bättre betalt. Vi är hoppfulla att yngre generationer inte kommer att se ner på tunga industrijobb som ett resultat."

Teamet planerar att designa nya kontroll- och interaktionsgränssnitt för att få exoskeleton att använda naturligt och intuitivt, vilket minimerar inlärningstiden och möjliggör anpassning till dynamiska miljöer. De kommer att designa ett utökat verklighetsbaserat gränssnitt som användaren kan bära och använda för att interagera med exoskelettet. Assistans från exoskelettet kommer att anpassas efter användare och sammanhang. Detta kommer att möjliggöra förstärkning av en användares uppfattning och kognition när man använder system för ökad fysisk kapacitet.

"En av de problem vi har med tekniken är att den kan vara så fysiskt fokuserad när det gäller minskande fysiska krav att det kan driva upp de kognitiva kraven, sa Srinivasan.

Därav, utvärdering och iterativ omdesign av all teknik kommer att innehålla tester med en rad olika arbetstagare, inklusive personer med nedsatt fysisk förmåga och lindrig kognitiv funktionsnedsättning, för att säkerställa att den övergripande designen blir effektiv och inkluderande i hela personalstyrkan.

I teamet ingår Maury A. Nussbaum, professor, och Nathan Lau, assisterande professor, både från industri- och systemteknik; Alexander Leonessa, professor i maskinteknik; och Suqin Ge, docent i ekonomi vid College of Science.

I det tvärvetenskapliga teamet ingår också kollaboratörer från Engineering College, bildskolan, University of Virginia, och University of California Santa Barbara.

Medan ingenjörsteamet kommer att arbeta för att främja kunskap och toppmoderna inom exoskelettkontroll, människa-robot samarbete, mänskliga faktorer, och augmented reality-system, Ge's team kommer att bygga empiriska modeller av effekterna av förstärkningsteknik på arbetstagarnas produktivitet och välbefinnande, branschens vinster, och arbetsmarknaden i stort.

Resultaten kommer att hjälpa både exoskeletttillverkare och industriledare att bestämma lämpliga jobbtyper, uppgifter, relaterade kostnader, och marknader för investeringar i exoskelet -kostym.