ミシガン大学で市販の膝ブレースとドローンモーターを使って構築された膝外骨格のセットが、持ち上げたり運ぶ作業の疲労を軽減するのに役立つことが示されています。新しい論文の研究者らは、ユーザーが疲れていても、より良い持ち上げ姿勢を維持するのに役立ち、これが仕事中の怪我を防ぐ重要な要素であると述べている。出版された日記でサイエンスロボティクス。

「背中を直接引き締めて適切なリフティングフォームを放棄するのではなく、それを維持するために脚を強化します」と、カリフォルニア州立大学ロボット工学教授であり、この研究の責任著者であるロバート・グレッグ氏は述べています。「これは業界で一般的に行われていることとは異なります。」

建設業や製造業など、定期的に物を持ち上げる作業員はすでに、腰部装具を使用している可能性があります。バネやモーターを使って持ち上げる背部外骨格は、新興技術です。しかし、背中をサポートする装置は危険な持ち上げや前かがみの動作を想定しており、背中の外骨格は持ち上げ作業に関係のない動作を可能にするために無効化する必要がある扱いにくい装置である傾向があるとグレッグ氏は述べた。

ミシガン大学のチームは、膝の外骨格が、作業員を腰の怪我から保護するための、安全なスクワットリフティングの力の大部分を提供する大腿四頭筋の代わりにサポートする初めての方法だと述べている。研究参加者は、20ポンドのケトルベルを使用して持ち上げたり運んだりするタスクをテストしました。

作業には、重りを地面から持ち上げて再び置くこと、平地で重りを持ち上げて運ぶこと、坂道を上り下りすること、階段を上り下りすることが含まれます。この研究では、参加者は疲労した後も、補助器具の助けを借りてより良い姿勢を維持できることがわかりました。外骨格また、彼らはより速く持ち上げることができました。外骨格の助けがなければ44%遅くなったのに対し、疲労する前のペースよりわずか1%遅くなりました。

「これは、労働者がベルトコンベアに追いついていかなければならない場合に特に重要です。通常、労働者が疲れているとき、彼らはその速度に追いつきますが、姿勢は崩れます。彼らはさらに腰を曲げるようになります。負傷する可能性が最も高いときです」と、マサチューセッツ工科大学のロボット工学の博士研究員であり、この研究の筆頭著者であるニキル・ディベカー氏は述べた。

参加者もその恩恵を感じており、平地を歩くことについては多かれ少なかれ満足していることを除いて、主に「かなり満足」または「非常に満足」と回答した。これは、この比較的簡単なタスク中に大腿四頭筋に必要な少量の補助で追跡します。グレッグ氏は、これは外骨格の重量に対抗するのに十分なサポートであると説明しました。

外骨格を非常にウェアラブルなものにするための鍵の 1 つは、ユーザーが自然な歩行のために膝を自由に振ることを可能にするモーターとそのギアの仕組みです。もう 1 つは、膝関節の角度、大腿部と下肢の向き、ユーザーの靴のセンサーが感知する力を測定することで、ユーザーがどのような支援を必要としているかを予測するソフトウェアです。

両脚からのこれら 3 つの測定値により、ユーザーがどのような動作を行おうとしているのか、どの程度の補助を提供すればよいのかを把握することができます。これらの測定は 1 秒あたり 150 回行われ、外骨格が活動間でシームレスに移動できるようになりました。

このアプローチは、限られたタスクのセットに対して事前定義されたパターンに従う多くの外骨格コントローラーとは対照的です。グレッグ氏によると、こうしたコントローラーにとってタスクの切り替えは問題となる可能性があり、ユーザーが何をしようとしているのかを把握するのに丸々1秒かかる場合があるという。

「もしあなたの元彼が上階へ行こうとしていて、あなたが下へ行こうとしていたら、それは問題になるかもしれませんよね？」彼は言い​​ました。

新しいコントローラーは物理モデルもペアリングします。機械学習これにより、ユーザーがコントローラーのトレーニング データに含まれるアクティビティとは異なる動作を開始した場合に、外骨格が予期しない動きをするのを防ぎます。

研究室のプロトタイプの費用は 1 足あたり約 4,000 ドルであるため、グレッグ氏は、外骨格が大規模に製造された場合は 1 足あたり約 2,000 ドルかかる可能性があると予想しています。

女性 5 名、男性 5 名からなる 10 名の研究参加者は、すべての課題を 2 つの異なる日に行い、1 日は新鮮で、もう 1 日は疲れていました。疲労を誘発するために、各参加者はケトルベルを使用して一連のスクワットリフトを実行し、繰り返しの間に長い休憩を入れないと続行できなくなりました。参加者は全員、適切なスクワットリフティングテクニックの経験がありました。

チームが申請したのは、特許保護U-M イノベーション パートナーシップの支援を受けて、この技術を市場に投入するパートナーを探しています。