機(jī)器人手杖顯示可以提高行走的穩(wěn)定性

通過將電子學(xué)和計算技術(shù)添加到自古以來就已經(jīng)存在的簡單手杖中，哥倫比亞工程公司的一組研究人員將其轉(zhuǎn)變?yōu)?1世紀(jì)的機(jī)器人設(shè)備，可以為老年人和其他有障礙的人提供輕觸式輔助移動性。

由哥倫比亞工程公司機(jī)械工程和康復(fù)與再生醫(yī)學(xué)教授Sunil Agrawal領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊首次證明了使用自動機(jī)器人“沿著人”行走以提供輕觸支撐的好處，就像人們輕輕觸摸同伴的手臂或袖子以保持行走平衡一樣。他們的研究今天發(fā)表在IEEE機(jī)器人和自動化快報上。

“通常情況下，老年人可以從輕手握手中獲益，”同時也是哥倫比亞大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)研究所成員的阿格拉瓦爾解釋道。“我們開發(fā)了一種機(jī)器人手杖，它連接到一個移動機(jī)器人上，可以自動跟蹤行走的人并且一起移動”他繼續(xù)道。“受試者在鋪有傳感器的墊子上行走，而墊子記錄步長和步行節(jié)奏，基本上是行走的空間和時間參數(shù)，這樣我們就可以分析一個人的步態(tài)和輕觸的效果。”

這款名為CANINE的輕觸式機(jī)器人手杖可作為手杖般的手機(jī)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，從而提高了穩(wěn)定性和平衡性。

通過將電子學(xué)和計算技術(shù)添加到自古以來一直存在的簡單手杖中，哥倫比亞工程研究人員將其轉(zhuǎn)變?yōu)?1世紀(jì)的機(jī)器人設(shè)備，可以為老年人和行動不便的其他人提供輕觸式輔助。自動機(jī)器人與人一起“行走”以提供輕觸式支撐，就像人們輕輕觸摸同伴的手臂或袖子以保持行走時的平衡一樣。圖片來源：Jane Nisselson /哥倫比亞工程公司

“這是一種為個人提供幫助和反饋的新方法，因為他們可以在環(huán)境中進(jìn)行導(dǎo)航，”物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)教授Simon Baruch和哥倫比亞大學(xué)歐文醫(yī)學(xué)中心康復(fù)與再生醫(yī)學(xué)系主任Joel Stein說。與Agrawal共同撰寫了這項研究。“這種策略可能適用于各種疾病，特別是有步態(tài)障礙的人。”

為了測試這款新設(shè)備，該團(tuán)隊為12名健康的年輕人配備了虛擬現(xiàn)實眼鏡，創(chuàng)造了一個視覺環(huán)境，讓用戶左右搖擺，向前和向后搖晃，以平衡他們的步態(tài)。在測試行走這些視覺擾動的條件下，每個受試者在帶有和沒有機(jī)器人手杖的儀表墊上行走10圈。在所有虛擬環(huán)境中，擁有機(jī)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的減小和質(zhì)心的較小振蕩，表明由于輕觸接觸導(dǎo)致的步態(tài)穩(wěn)定性增加。

“我們研究的下一階段將是對老年人以及那些有平衡和步態(tài)不足的人進(jìn)行測試，以研究機(jī)器人手杖如何改善他們的步態(tài)，”機(jī)器人與康復(fù)(ROAR)實驗室負(fù)責(zé)人Agrawal說。“此外，我們將與健康的個體進(jìn)行新的實驗，除了他們的視力外，我們還會擾亂他們的頭頸運(yùn)動以模擬人的前庭缺陷。”

雖然行動障礙影響4%的18至49歲人群，但這一數(shù)字在75至80歲年齡段上升至35%，自給自足，獨(dú)立和生活質(zhì)量下降。到2050年，估計每個老人只有五個年輕人，而今天只有七八個。

“我們將需要其他渠道來支持人口老齡化，”Agrawal指出。“這是一種有可能以相當(dāng)便宜的方式填補(bǔ)護(hù)理空白的技術(shù)。”

這項研究的標(biāo)題是“在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，在地面行走期間，人們跟隨輕觸設(shè)備的視覺擾動。”