Konceptillustration av det föreslagna robotplagget. Kredit:Jonathan Realmuto/UCR
UC Riverside-ingenjörer utvecklar billiga robot-"kläder" för att hjälpa barn med cerebral pares att få kontroll över sina armrörelser.
Cerebral pares är den vanligaste orsaken till allvarliga fysiska funktionsnedsättningar i barndomen, och de apparater som är tänkta för detta projekt är avsedda att erbjuda långvarig daglig hjälp för dem som lever med det.
Men traditionella robotar är stela och inte bekväma på människokroppen. Tack vare ett anslag på 1,5 miljoner dollar från National Science Foundation, tar detta projekt den nya metoden att bygga enheter av mjuka textilier, vilket också kommer att underlätta mer naturlig funktion i extremiteterna.
"Hårda material interagerar inte bra med människor", säger Jonathan Realmuto, UCR biträdande professor i maskinteknik och projektledare. "Det vi går efter genom att använda material som nylon och resår är i huvudsak robotplagg."
Dessa plagg kommer att innehålla förseglade, lufttäta områden som kan blåsas upp, vilket gör dem tillfälligt styva och ger kraften för rörelse.
"Låt oss säga att du vill böja armbågen för en bicepcurl. Vi kan injicera luft i specialdesignade blåsor inbäddade i tyget som skulle driva armen framåt," sa Realmuto.
Experimentell inställning för tidigare iterationer av enheten. Kredit:Jonathan Realmuto/UCR
Projektet kommer inte bara att fokusera på att konstruera roboten, utan också på att utveckla de algoritmer som lär maskinen att förutsäga rörelser som bäraren vill utföra.
"En av de kritiska utmaningarna med att tillhandahålla rörelsehjälp är att tolka en persons avsikt. Vi vill ha en "frivillig styrenhet", så roboten beter sig i termer av vad människan vill göra, säger Realmuto. I projektgruppen ingår även UCR-biträdande professor i maskinteknik Jun Sheng.
En aspekt av en sådan styrenhet är att använda en mängd små sensorer på ärmarna för att upptäcka små spänningar som genereras av muskler när de drar ihop sig. Dessa sensorer matar spänningsdata till en algoritm som kommer att tränas för att extrahera bärarens avsikt från dem.
Att använda allmänt tillgängliga textilier, snarare än traditionella, styva material kommer sannolikt att hålla kostnaden för ärmarna låga. Dessutom avser teamet att minimera användningen av sofistikerad elektronik, vilket också kommer att bidra till att minska de totala kostnaderna för patienterna.
Detta projekt genomförs i samarbete med Children's Hospital i Orange County, där patienter från en pediatrisk rörelsestörningsklinik kommer att hjälpa till att testa och förfina prototyperna.
Dessutom kommer forskargruppen att hålla årliga möten på sjukhuset under vart och ett av projektets fyra år. Dessa möten kommer att inkludera patienterna och deras familjer, samt arbetsterapeuter, och få deras feedback på tekniken när den utvecklas.
Från vänster är ställdonet i ett trycklöst tillstånd och rör sig mot uppblåsning vid ökande tryck. Kredit:Jonathan Realmuto/UCR
"Genom att centrera intressenter i vår designprocess hoppas vi kunna utveckla en produkt som verkligen fungerar för dem", sa Realmuto.
Utvecklingsteamet ser detta arbete som att öka oberoendet inte bara för de pediatriska patienterna själva, utan också för hela samhällen.
"Om vi kan hjälpa barn att borsta sina egna tänder, hälla vatten eller öppna dörrar, åtgärder som andra tar för givna, är det en enorm vinst för dem," sa Realmuto. "Men det är också en vinst för deras familjer och skötare."
Även om detta projekt är fokuserat på barn med rörelsestörningar, kan tekniken så småningom användas för andra tillämpningar och populationer, inklusive geriatriska patienter och andra vuxna med rörelseproblem.
"Vår teknik är universell," sa Realmuto. + Utforska vidare
