Under de senaste åren har mekaniskt assisterande exosdräkter, länge avbildade i verk av populär science fiction och film, äntligen börjat ses kommersiellt, enligt Aaron Young, forskare vid Georgia Institute of Technology. De flesta av dessa exosuits har en så kallad passiv design, som hjälper bäraren med kraftlösa element som fjädrar.

Aktiva exosdräkter som innehåller elektronik och drivna motorer har ännu inte tillämpats brett. De tenderar att vara stora och tunga och förlitar sig på stela exoskelett för att överföra vikt från kropp till mark. Exoskelett ger också en hel del styvhet, sa Young. Att ta på sig de flesta aktiva exosuits är lite som att bli en med en gaffeltruck, vilket begränsar en bärare till att lyfta vikter i ett vertikalt plan.

Av alla dessa skäl beskrivs Youngs Asymmetric Back eXosuit (ABX) i 5 oktober-numret av IEEE Transactions on Robotics är mycket icke-standard. Det finns inget exoskelett, ingen stel struktur, inget som kommer i kontakt med golvet. Om bäraren bara står där, gör det ingenting förutom att lägga till 14 pund till sina ben. Men om de höjer sin kropp från en lutande position, gör det ett något frenetiskt ljud:det är ljudet från ABX som hjälper dem att rotera bålen och hjälper dem att vrida sig.

Även om de flesta aktiva exosdräkter stöder vertikala lyft, är roterande och vridande rörelser också överallt, särskilt inom vissa områden av manuellt arbete som sophämtning och bagagehantering. I många fall kan dessa rörelser vara besvärliga och ansträngande, vilket leder till arbetsrelaterade skador såväl som ryggsmärtor, enligt Young. Ryggsmärta är i sin tur direkt korrelerad med styrkan hos tryckkrafter och skjuvkrafter som appliceras på ryggraden.

Vid utformningen av sin exosuit sökte forskarna ett sätt att minska dessa belastningar på ryggradslederna. Att ta på sig det ser lite ut som att ta på sig en futuristisk ryggsäck. Två motorer fästs först på baksidan av varje övre lår. Dessa motorer ansluts sedan till baksidan av de motsatta axlarna, var och en med sin egen kabel, vilket ger två kablar som diagonalt överlappar varandra. Exosuiten ger hjälp genom att anbringa spänning på kablarna när den upptäcker att en bärare reser sig från en böjd ställning.

"Det är definitivt en annan sensation än ett slags standard exoskelett. Det är inte din standarddesign," sa Young.

Eftersom de diagonala kablarna har en rörelsekomponent som är horisontell, utövar de ett drag på bålen som kan hjälpa till att vrida den från sida till sida. I tester visade forskarna att när en bärare av ABX svängde en vikt från marken till ena sidan, minskade exosdräkten deras ryggmuskelaktiveringar med i genomsnitt 16 %, mätt med elektromyografisensorer (EMG). Exosuiten gav också en minskning av ryggmuskelansträngningen med 37 % när en bärare lyfte vikter symmetriskt, rakt från marken – en assistansnivå som är jämförbar med mer stela konstruktioner.

"Människor kände definitivt att tekniken hjälper dem, vilket är bra. Och vi såg den samtidiga EMG-minskningen", säger Young. "Jag tycker att det är ett bra första steg."

På sätt och vis är att bära exosuiten nästan som att fästa två extra muskler på kroppen – okonventionella muskler, som löper direkt från rygg till ben. Intressant nog är det placeringen av dessa muskler snarare än deras brutala styrka som gör dem funktionella, sa Young.

Motorerna drar kablarna med mycket mindre kraft än musklerna i kroppen. Kablarna är dock placerade mycket längre bort från skarvarna. Genom denna positionering får kablarna större hävstångseffekt och mekaniska fördelar, vilket gör att bäraren kan minska sin totala muskeleffekt och därmed belastningen som de lägger på ryggraden. (Spinalbelastningen mättes inte direkt i studien.)

Bortsett från dess övergripande prestanda är det den flexibla, asymmetriska karaktären hos dräkten som verkligen gör den unik, sa Young. Det finns för närvarande inga andra aktiva exosdräkter som ger hjälp för att vrida och rotera genom ett jämförbart rörelseomfång. Medan andra exosuits också använder kablar, har ingen arrangerat dem längs diagonala linjer.

Young is currently seeking collaborations with industry partners to further develop the exosuit. In future work, he sees its control system as a point to improve. Currently, when a person raises their torso from a lowered position, the cables simply pull with constant tension. But it should be possible to make the system detect different actions of the wearer and adjust its pull in response.