Ewolucja i innowacje następowały stopniowo. Na przykład modele pasywne zostały zastąpione modelami aktywnymi, napędzanymi technologią robotyczną i sztuczną inteligencją. Ponadto egzoszkielety, pierwotnie zaprojektowane z myślą o wsparciu przemysłowym i rehabilitacji, ewoluowały i umożliwiły tysiącom ludzi powrót do niemal normalnego życia dzięki mobilności kończyn dolnych. Obecnie stanowią one integralną część technologii protetycznej w prawdziwym tego słowa znaczeniu. Bioniczne i inteligentne L W niniejszym artykule przyjrzymy się wpływowi egzoszkieletu i sztucznej inteligencji.
Sztuczna inteligencja i egzoszkielet: prawdziwa rewolucja technologiczna
W egzoszkieletach pasywnych, podobnie jak w protezach, działanie opiera się na ruchu ciała użytkownika lub sile zewnętrznej. Jednak wraz z pojawieniem się technologii robotycznej egzoszkielety stały się aktywne i reaktywne. Pomaga to pacjentowi uzyskać większą autonomię i kontrolę nad urządzeniem. Egzoszkielety robotyczne wykorzystują zaawansowane czujniki, siłowniki (naśladujące naturalne ruchy kończyn dolnych i górnych) oraz sztuczną inteligencję. Połączenie sztucznej inteligencji i egzoszkieletu wzmacnia sygnały mięśniowe i impulsy nerwowe. Daje to użytkownikowi możliwość poruszania protezami rąk i nóg z doskonałą precyzją. A dzięki sztucznej inteligencji nowe modele posiadają adaptacyjną siłę przyczepności, która pozwala pacjentom radzić sobie z wszelkiego rodzaju przedmiotami, zwłaszcza tymi najbardziej kruchymi.Interfejsy mózg-maszyna, powszechnie nazywane IMC, pozwalają użytkownikowi kontrolować egzoszkielety i protezy wyłącznie za pomocą myśli. Jak to było możliwe?
Innowacje w sztucznej inteligencji
Sztuczna inteligencja egzoszkieletów zapewnia ich dostosowanie w czasie rzeczywistym do potrzeb osób, które je noszą. Rozwój ten opiera się na trzech typach: o Innowacje:
- dekodowanie sygnałów neuronowych;
- uczenie adaptacyjne;
- inteligentna biomechanika.
Dekodowanie sygnałów neuronowych
System WIMAGINE ®, innowacja opracowana we Francji, został wykorzystany do implantów mózgowych w połączeniu ze sztuczną inteligencją w celu interpretacji intencji ruchowych. W 2019 r. pacjent z tetraplegią był w stanie sterować egzoszkieletem bezpośrednio za pomocą myśli. Przykład ten podkreśla znaczenie sztucznej inteligencji, która analizuje sygnały elektryczne kory ruchowej, a następnie przekształca je w sterowanie z opóźnieniem mniejszym niż 350 ms.
Uczenie adaptacyjne
W 2009 roku firma HAL Cyberdyne połączyła wykrywanie sygnałów elektromiograficznych z algorytmami prognostycznymi w celu dostosowania wsparcia mięśni. Ekso Bionics zmieniło poziom pomocy w zależności od postępów pacjenta podczas rehabilitacji.Russ Angold, współzałożyciel Ekso Bionics, twierdzi, że egzoszkielet jest w stanie dostosować się do profilu każdego pacjenta w zależności od jego siły. System zapewnia mu mniej lub więcej pomocy.
Inteligentna biomechanika
Sztuczna inteligencja i biomechanika dowiodły swojej wartości w projekcie egzoszkieletu Eleny Garcia Armada. Ten ostatni wykorzystuje sztuczną inteligencję do naśladowania naturalnego chodu
Sztuczna inteligencja i egzoszkielet w rehabilitacji i pomocy medycznej
Egzoszkielet i sztuczna inteligencja połączyły się, aby zapewnić wsparcie osobom niepełnosprawnym oraz osobom w trakcie rehabilitacji. W rzeczywistości sztuczna inteligencja odgrywa kluczową rolę w rozwoju protez i robotów egzoszkieletowych. Są one teraz intuicyjne i inteligentniejsze, dzięki czemu mogą dostosowywać się do rzeczywistych środowisk. Egzoszkielet przyszłości jest przeznaczony głównie dla pacjentów o ograniczonej sprawności ruchowej i sparaliżowanych, ale także do rehabilitacji po urazach. Podstawową zasadą działania egzoszkieletów wykorzystujących sztuczną inteligencję w środowisku medycznym jest:
- czujniki biomechaniczne do wykrywania ruchów;
- algorytmy uczenia maszynowego do analizy schematów ruchowych;
- adaptacyjne systemy wsparcia do korekty w czasie rzeczywistym.
Jako konkretny przykład można podać elastyczny egzoszkielet GELGL 23 opracowany przez naukowców z uniwersytetów w Harvardzie i Bostonie, zaprojektowany dla jednej nogi. Pomaga on pacjentom po udarze w rehabilitacji. Ten ostatni zmniejsza asymetrię chodu o 20% dzięki sztucznej inteligencji, która kompensuje deficyty motoryczne. Jeśli chodzi o Hank, egzoszkielet dla kończyn dolnych GOGOA, stymuluje neuroplastyczność i automatycznie dostosowuje swoje wsparcie do postępów pacjenta z paraplegią. Jego działanie opiera się na wykorzystaniu elementów drukowanych w 3D, które pomagają pacjentom w utrzymaniu stabilnej postawy. To uzupełniające rozwiązanie znacznie skraca czas rehabilitacji, który czasami jest bardzo długi, i znacznie poprawia wyniki leczenia pacjentów.
Inteligentne egzoszkielety pediatryczne i gerontologiczne
Postęp technologiczny w dziedzinie egzoszkieletów ma również wpływ na dzieci i osoby starsze. Oprócz tych zrobotyzowanych urządzeń, ocena skutków wykazała, że są one w stanie zapewnić im wsparcie w zakresie mobilności.
Egzoszkielety dla dzieci Atlas Pediatric Exo
Inteligentny Atlas Pediatric Exo firmy Marsi Bionics to urządzenie przeznaczone dla dzieci w wieku od 3 do 10 lat, wyposażone w automatyczną regulację chodu. Zmniejsza uszkodzenia mięśni i zapobiega powikłaniom ortopedycznym. Zaletą jest to, że można go założyć w mniej niż osiem minut w celu przeprowadzenia zaawansowanych sesji rehabilitacyjnych. Sztuczna inteligencja stanowi część projektu tego modelu dzięki ewolucyjnym algorytmom, które dostosowują się do postępów dziecka. Efekt? Ponad 82% autonomii po 6 miesiącach stosowania i 75% zmniejszenie deformacji kręgów.
System Wandercraft i Easy WalktM dla osób starszych
System Wandercraft wykrywa zaburzenia równowagi w ciągu 50 ms i automatycznie koryguje postawę. Jeśli chodzi o easywalk Syrebo, zapewnia pomoc proporcjonalną do stopnia osłabienia mięśni i jest dostosowany do dwóch typów chorób neurodegeneracyjnych: choroby Parkinsona i choroby Alzheimera.
Dzięki tym dwóm egzoszkieletom wyposażonym w sztuczną inteligencję odnotowano 60% spadek liczby upadków i poprawę równowagi w 89% przypadków.
Inteligentne rozwiązania dla przemysłu i logistyki
Rolą sztucznej inteligencji w egzoszkieletach jest zwiększenie wydajności przy jednoczesnym zmniejszeniu ryzyka związanego z zaburzeniami mięśniowo-szkieletowymi. Działa to dzięki czujnikom biomechanicznym dostarczającym algorytmy uczenia maszynowego w celu dostosowania wsparcia motorycznego.Przykładem jest egzoszkielet Apogee Ultra niemieckiej firmy Bionik, który dostosowuje poziom wsparcia w zależności od wykrytego obciążenia i zmęczenia. W ten sposób zmniejsza obciążenie mięśni o 30%. Kierownik budowy podzielił się swoimi doświadczeniami, wskazując na skrócenie czasu realizacji projektu i mniejsze zmęczenie pracowników. Ponadto sztuczna inteligencja analizuje wzorce ruchowe w celu korygowania ryzykownych postaw. Inteligentne egzoszkielety, podobnie jak Liftsuit, wykorzystują sztuczną inteligencję do synchronizacji gestów z rytmem produkcji oraz generowania danych dotyczących ergonomii i wydajności w czasie rzeczywistym.W ten sposób uzyskujemy 30% wzrost wydajności. W zakresie uczenia się bez kalibracji przez człowieka, frameworki AI, takie jak NC State University, wykorzystują urządzenia kolejowe w symulacji. Eliminuje to zbyt długie testy fizyczne i skraca czas wdrożenia o 80%. Ten przykład ilustruje, jak ważna jest integracja AI w projekcie L.
Wzmocnienie zdolności fizycznych personelu wojskowego
Egzoszkielety i sztuczna inteligencja nie zostały pominięte w korpusie wojskowym. Na przykład DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) od 2000 r. prowadzi rozbudowane programy mające na celu znaczną poprawę wydajności, siły i wytrzymałości żołnierzy.Ponadto projekt Warrior Web ma na celu zmniejszenie urazów mięśniowo-szkieletowych, które stanowią 50% niezdolności do służby w terenie, oraz zmniejszenie obciążenia do 50 kg. Można to osiągnąć dzięki elastycznym strukturom aktywowanym impulsami elektrycznymi. Ale jak działa sztuczna inteligencja w egzoszkieletach?
- Analiza biomechaniczna: wykrywanie ruchów w czasie rzeczywistym i dostosowywanie wspomagania mechanicznego w celu oszczędzania energii żołnierzy;
- Przewidywanie intencji: przewidywanie gestów za pomocą czujników neuronowych i elektromiograficznych;
- Optymalizacja zużycia energii: w celu lepszego zarządzania bateriami, co pomoże wydłużyć ich żywotność.
Konkretne przypadki
W rzeczywistości egzoszkielety, zarówno pasywne, jak i zmotoryzowane, wykazały swoją przydatność w konkretnych sytuacjach:
- Suszarka Mawashi zmniejsza zmęczenie o 30% poprzez przeniesienie ciężaru na ziemię;
- Starcos Guardian XO wykorzystuje nawigację opartą na sztucznej inteligencji, aby dostosować się do poziomów terenu i przeszkód;
- Raython XO3 bez wysiłku podnosi 90 kg podczas misji logistycznych.
Nie należy jednak zapominać, że zasięg pozostaje ograniczony pomimo integracji ptasiej grypy. W tym celu trwają prace nad projektami hybrydowymi. Inne wyzwania to waga i przeciążenie inteligentnego personelu wojskowego, wynoszące od 15 do 25 kg. Odnotowujemy również ich wysoki koszt, wynoszący 500 000 EUR za sztukę, co dotyczy modeli z najwyższej półki.
Prognozy na lata 2030–2040
Połączenie egzoszkieletu i sztucznej inteligencji mogłoby rozszerzyć zastosowania w medycynie, wojsku i przemyśle na powszechne wykorzystanie publiczne, przy szacowanym wzroście rynku wynoszącym 42,1%. Jakie postępy w tym okresie?
- optymalizacja mobilności, poprawa zdrowia serca i kości;
- ewolucja w kierunku niewidzialnego egzoszkieletu dostosowującego się do osoby, która go nosi, dzięki wbudowanym sieciom AI i IoT;
- Do 2040 r. BCI wszczepia implanty mózgowe i czujniki biometryczne w celu zwiększenia zdolności poznawczych i fizycznych, prowadząc do powstania człowieka 2.0;
- symbioza człowieka i maszyny dzięki nowoczesnym protezom, które będą rozwijać wiedzę dzieloną z użytkownikiem poprzez interfejsy neuronowe i ciągłą współadaptację.
Wszystkie te perspektywy pokazują, jak biologia, robotyka i sztuczna inteligencja łączą się w celu przyspieszenia postępu, aby poprawić jakość życia milionów ludzi na całym świecie. Sztuczna inteligencja przekształca egzoszkielety w autonomiczne i precyzyjne urządzenia dostępne publicznie. Ich sukces będzie jednak w dużej mierze zależał od rozwiązania problemów technicznych, etycznych i gospodarczych, przed którymi obecnie stoją. Trzeba jednak powiedzieć, że historia i fascynująca ewolucja egzoszkieletów, które przeszły z science fiction do rzeczywistości, zasługuje na to, by o niej opowiedzieć.
Wniosek
Sztuczna inteligencja i egzoszkielety zmieniły świat mobilności i pracy. W medycynie autonomiczne, inteligentne egzoszkielety, takie jak Wandercraft, umożliwiły wielu pacjentom odzyskanie mobilności. W logistyce i przemyśle inteligentne modele egzoszkieletów poprawiają wydajność i zmniejszają ryzyko TMS, zwiększając ludzkie możliwości. Pomimo wyzwań, egzoszkielety z wbudowaną sztuczną inteligencją będą coraz lepiej dostosowane i lżejsze. Droga jest nadal długa, ale poczyniono postępy w zapewnianiu jak najlepszej mobilności i siły. Jedno jest pewne: połączenie egzoszkieletu i sztucznej inteligencji umożliwiło przełom w dziedzinie technologii komponentów egzoszkieletowych i bioniki.
Przyszłość zaczyna się tutaj. Dowiedz się więcej o egzoszkieletach z naszego bloga!
