Kan væskekraft spille en rolle i bærbare eksoskeletter?

På denne ukens Fluid Power Innovation and Research Conference, som ble holdt på Hyatt Regency Minneapolis, diskuterte professor Thomas G. Sugar (bildet til venstre) fra Arizona State University trendene innen bærbare roboter, og hvilke muligheter disse enhetene hadde for flytende kraftteknologi.

Nøkkelen til disse enhetene, hevdet sukker, er at flere og flere mennesker rett og slett dør av forfall - vi blir eldre etter hvert som medisinen har blitt bedre. Og selv for de med sykdom - for eksempel kreft, hjertesykdom eller diabetes - er det ofte vanskeligere å gå, å komme seg opp og ned, å løfte gjenstander.

"Folk blir eldre og de vil fremdeles gå, de ønsker fortsatt å være smidige," sa Sugar, og la merke til at sittende antas å bidra til diabetes, hjerte- og karsykdommer og større risiko for andre typer dødelighet. ”Vi må gå, slik at det er behov for bærbare systemer. Vi må gå. ”

sugarSugar sa at grunnlaget for teknologier for bærbare produkter er her nå.

“Vi har batterier, mikroprosessorer. Du trenger alltid bedre aktuatorer, men det er systemer der ute. Bærbare roboter er nøkkelen for helsemarkedet, assistert marked, produsenter, militær og rekreasjon. ”

Enten han jobbet med eksoskeletter, ortoser eller proteser, sa han at designere må bygge enheter som sømløst samhandler med brukeren; du kan ikke tvinge dem til en eller annen type bevegelse. Personen må kunne gå og få roboten til å "følge" dem - du kan ikke forstyrre gangsyklusene eller normal bevegelse. Folk ønsker å kunne bevege seg komfortabelt. Og de enorme eksoskjelettene som mange ser for seg, ikke er virkeligheten i løpet av en nær fremtid, mindre enheter - ideelt 10 kg eller mindre i vekt - er ideelle. Sukker sa at under testingen følte folk som hadde på seg større enheter i 16-lb-serien at de gikk gjennom et svømmebasseng eller at det var som et treningsapparat.

Suikers team har laget et hoftekoskjelett, med 10% metabolsk forstørrelse. Han sa at det faktisk er 10% lettere å kjøre med enheten enn ingen enhet i det hele tatt. De hadde folk som løp fort også - 12,8 mil i timen. De har fokusert på fasevinkler for å hjelpe til med å levere strøm til brukeren, sett på lemmenes hastighet og plassering.

Sukker detaljert noen av de mange aspektene til wearables som er i utvikling, inkludert:

• Enheter som presser hoftene og knærne, og som tvinger folk til å følge et mønster med å gå

• Protetikk som kan teste for stivhet hos en enkelt bruker og stille inn for det

• Enheter spesielt for amputerte (stort antall amputerte fra militærveteraner og diabetikere)

• Eksoskjeletter med rehabilitering festet til tredemøller for å la folk gå

• Enheter som tillater hjerneslagsoffer å repetere repeterende oppgaver og bygge opp nevrale veier

• Tyngdekompensasjonsenheter som brukes sammen med muskeldystrofipasienter

• Bærbare klær som lar eldre lykkes opp av stolene

• Pneumatiske muskelsystemer for en rekke hjelpemidler

• Hydrauliske systemer for å ta opp enorme vekter, egnet for lagerbruk

• Enheter som binder seg inn i arbeidsverktøy og reduserer belastningen på brukeren, for eksempel en rake som brukes til å legge ned asfalt

• Håndassistenter som lar brukeren gripe gjenstander bedre

• Såkalte stoleløse stoler, som lar brukeren sitte på huk - de låses deretter på plass, slik at brukeren kan jobbe i en ellers ubehagelig stilling

• Fritidsapparater som hjelper til med ski - ved bruk av pneumatiske eller hydrauliske dempeanordninger for knærne, og

• Hjelp enheter for å la rekreasjonsløpere løpe raskere

Sukker understreket at batteriets levetid og komponentens holdbarhet er viktige bekymringer.

"Hæren sa at de ønsket at en soldat skulle gå en åtte timers marsj, så det er omtrent 5000 til 8000 skritt. Med et 5-ampert 24-V litium-ion-batteri gjør vi åtte timers marsjering. Du kan bare gjøre det hvis du lagrer energi riktig, sa han. “Vi bruker vanligvis et batteri på 1 kg som gir deg omtrent tre timers levetid, bare kontinuerlig gange, og ideen er at du bytter ut. Det er ikke problemet. Det større problemet er [i privat sektor], Medicare betaler bare for en ankel hvert femte år, så du trenger en enhet som kan gjøre om ti spillejobber, motor og lagre trenger å gjøre rundt 10 gig-sykluser - så livssyklusen er største bekymring. ”

Både hydraulikk og pneumatikk kan finne nisjer i bærbare enheter de kommende årene, og Sugar understreket at industrien bør vurdere å se mer på myk robotikk, der pneumatikk åpenbart er en kritisk aktør.

"Det er et stort inntrykk i dette, for å komme vekk fra store, klumpete enheter," sa han.

Og for hydraulikk, hvor det kan være mer velegnet til å håndtere laster?

”Det er fortsatt dette behovet for folk å laste og losse ting. Jeg møtte administrerende direktør for Walmart på en konferanse for to uker siden, og han sa: 'Vel, vi har alle disse robotene på distribusjonssentrene, det er perfekte - og distribusjonssentre er lys-ut-robotikk, og det er definitivt dit vi skal . Men jeg har 11.000 butikker, og i gjennomsnitt går to lastebiler til hver butikk hver natt, så vi må losse 22.000 lastebiler hver natt - det er fremdeles behov for mennesker der. "