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機器人手杖提高行走穩定性

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2019/08/07
(左)CANINE的視圖。LIDAR位於機器人的後方,可以更好地觀察受試者的腿部。(右上)虛擬環境。(右下方)實驗設置,主體佩戴VR耳機並與CANINE保持輕觸。圖片來源:哥倫比亞大學工程與應用科學學院Danielle Stramel、Sunil Agrawal

透過將電子學和電腦技術添加到自古以來就已經存在的簡單手杖中,哥倫比亞大學工程與應用科學學院的一組研究人員,將其轉變為21世紀的機器人設備,可以為老年人和其他有行走障礙者,提供輕觸式輔助行動性。

哥倫比亞大學工程與應用科學學院機械工程暨康復與再生醫學教授Sunil Agrawal領導的團隊,首次證明使用與人一同「行走」以提供輕觸支撐的自主機器人的好處,就像輕觸同伴的手臂或袖子,以保持行走時的平衡一樣。

該研究於昨 (6)日發表在《IEEE機器人和自動化快報》上。

Agrawal 教授說:「通常情況下,老年人可以從輕扶中獲益。我們開發了一種連接到行動機器人上的機器人手杖,可以自動追踪行走者並且一起移動。受試者在舖有傳感器的墊子上行走,墊子紀錄基本上是行走空間和時間參數的步長和步行節奏,以分析一個人的步態和輕觸的效果。」

這款名為CANINE的輕觸式機器人手杖,可以作為手杖般的行動助手。該裝置在行走期間改善了個體的本體感受或空間自我意識,從而提高穩定性和平衡性。

Agrawal共同撰寫這項研究的哥倫比亞大學歐文醫學中心康復與再生醫學系主任 Joel Stein說:「這是一種新穎的方法,可以為個人在環境中進行導航以提供幫助與反饋。這種策略可能適用於各種疾病,特別是有步態障礙的人。」

為了測試這款新設備,該團隊為12名健康年輕人配備了虛擬實境眼鏡,創造了一個讓用戶周圍搖晃的視覺環境 - 無論是左右搖晃還是前後搖晃 - 使他們的行走步態失去平衡。在測試行走這些視覺擾動的條件下,每位受試者在帶有和沒有機器人手杖的儀表墊上行走10圈。在所有虛擬環境中,擁有機器人手杖的輕觸支撐使得所有受試者縮小其步幅。較窄的步幅表示支撐基部減小和質心較小振盪,表明由於輕觸引導的步態穩定性增加。

Agrawal說:「我們研究的下一階段,將是對老年人以及那些有平衡與步態不足的人進行測試,以研究機​​器人手杖如何改善他們的步態。此外,我們將與健康的​​個體進行新的實驗,除了視力外,我們還會擾亂他們的頭頸運動以模擬人的前庭缺陷。」

雖然1849歲有行動障礙的人群僅有4%,但這一比例在7580歲年齡層卻上升至35%,使該人群的獨立性和生活品質下降。

Agrawal指出:「我們需要其他管道來支持人口老齡化,而這是一種有可能以相當平價的方式,填補護理空白的技術。」