Genom att lägga till elektronik och beräkningsteknik till en enkel käpp som har funnits sedan urminnes tider, ett team av forskare vid Columbia Engineering har förvandlat den till en robotenhet från 2000-talet som kan ge lätt beröringshjälp vid promenader till äldre och andra med nedsatt rörlighet.

Ett team som leds av Sunil Agrawal, professor i maskinteknik och i rehabilitering och regenerativ medicin vid Columbia Engineering, har visat, för första gången, fördelen med att använda en autonom robot som "går" tillsammans med en person för att ge lätt beröringsstöd, ungefär som man lätt kan röra en kamrats arm eller ärm för att bibehålla balansen när man går. Deras studie publiceras idag i IEEE Robotics and Automation Letters .

"Ofta, äldre människor drar nytta av lätt handhållning för stöd, " förklarade Agrawal, som också är medlem i Columbia Universitys Data Science Institute. "Vi har utvecklat en robotkäpp kopplad till en mobil robot som automatiskt spårar en gående person och rör sig bredvid", fortsatte han. "Försökspersonerna går på en matta instrumenterad med sensorer medan mattan registrerar steglängd och gångrytm, i huvudsak rum- och tidsparametrarna för att gå, så att vi kan analysera en persons gång och effekterna av lätt beröring på den."

Den lätta robotkäppen, kallas CANINE, fungerar som en käppliknande mobil assistent. Enheten förbättrar individens proprioception, eller självmedvetenhet i rymden, under promenader, vilket i sin tur förbättrar stabilitet och balans.

"Detta är ett nytt tillvägagångssätt för att ge bistånd och feedback till individer när de navigerar i sin miljö, sa Joel Stein, Simon Baruch professor i fysikalisk medicin och rehabilitering och ordförande för avdelningen för rehabilitering och regenerativ medicin vid Columbia University Irving Medical Center, som skrev studien tillsammans med Agrawal. "Denna strategi har potentiella tillämpningar för en mängd olika förhållanden, särskilt personer med gångstörningar."

För att testa den här nya enheten, teamet försåg 12 friska unga människor med virtual reality-glasögon som skapade en visuell miljö som skakar runt användaren – både från sida till sida och framåt-bakåt – för att obalansera deras gånggång. Försökspersonerna gick 10 varv var och en på den instrumenterade mattan, både med och utan robotkäppen, under förhållanden som testade att gå med dessa synstörningar. I alla virtuella miljöer, att ha det lätta stödet från robotkäppen fick alla försökspersoner att minska sina steg. De smalare stegen, som representerar en minskning av stödets bas och en mindre svängning av masscentrum, indikerar en ökad gångstabilitet på grund av lättkontakt.

"Nästa fas i vår forskning kommer att vara att testa den här enheten på äldre individer och de med balans- och gångbrist för att studera hur robotkäppen kan förbättra deras gång, " sa Agrawal, som leder laboratoriet för robotik och rehabilitering (ROAR). "Dessutom, vi kommer att genomföra nya experiment med friska individer, där vi kommer att störa deras huvud-halsrörelse utöver deras syn för att simulera vestibulära underskott hos människor."

Medan rörelsehinder drabbar 4 % av personer i åldern 18 till 49, denna siffra stiger till 35 % av dem i åldern 75 till 80 år, minskad självförsörjning, oberoende, och livskvalitet. År 2050, det beräknas att det bara kommer att finnas fem ungdomar för varje gammal person, jämfört med sju eller åtta idag.

"Vi kommer att behöva andra vägar för stöd för en åldrande befolkning, " Agrawal noterade. "Detta är en teknik som har potential att fylla luckan i vården ganska billigt."

Studien heter, "Effekter av en person som följer lätt-touch-enhet under överjordisk gång med visuella störningar i en virtuell verklighetsmiljö."