Da Conor Walsh var utdannet ved MIT, fungerte han som testpilot for professorens eksoskelettprogram. Den kraftige, stive enheten var utfordrende å bruke og jobbe med, på grunn av måten den måtte grensesnitt mot kroppen, og tvang brukerens kropp til å overholde strukturen til enheten, snarere enn omvendt.
Etter hvert flyttet Walsh til Harvard, og startet sin egen eksosutredning. Men han gjorde et poeng av å jobbe med myke, smidige systemer for å hjelpe bevegelse. Etter fem års arbeid har draktene hans hjulpet turgåere å bevege seg 20 til 25 prosent mer effektivt, ifølge forskningen hans, som nylig ble publisert i Science Robotics .
"Tilnærmingen vi tar, og en rekke andre grupper begynner også å ta, er du å gi liten til moderat hjelp, men gjennom en veldig lett og ikke-restriktiv plattform?" Sier Walsh.
Apparatet er basert på en kabel som hjelper til med bevegelse av to forskjellige ledd, ankelen og hoften. Brukeren bærer en sele rundt midjen, og stroppene strekker seg fra denne selen til seler rundt hver legg. En kabel går fra hælen opp til en remskive ved leggen, og deretter av til en liten motor. (Foreløpig har han holdt motoren og strømkilden montert et annet sted, som en måte å forenkle studien.)
Gyroskopiske sensorer montert på føttene sender data til en mikrokontroller, som tolker rullatorens skritt og kobler motoren til riktig tidspunkt. Når motoren triller i kabelen, trekker den på hælen og hjelper trinnet (kalt plantar flexion). Taljen belte tjener to formål; den fungerer som støtte, slik at leggen ikke trenger å bære så mye press, men den gir også hjelp til hofteleddet, da kraften fra remskiven overføres oppover via stroppene.
Walsh og hans coauthors kjørte apparatet på fire forskjellige effektnivåer for å se hva som var det mest effektive.
"Hovedmålet med denne studien var å se på, når vi øker mengden assistanse vi gir til personen ... hvilke typer svar ser vi fra personen?" Sier Walsh.
Det de fant var, selv på det høyeste nivået av assistanse (målt med kraften som ble brukt som prosent av kroppsvekten, maksimalt 75 prosent), de så ingen platå; effektivitet, målt med mengden oksygen deltakerne brukte mens de gikk, fortsatte å gå opp.
"Det dataene hans antyder er at når du prøver å legge til mer hjelp, kan det ikke være noen grense, ingen grense for hvor mye vi kan forbedre en persons bensinkjøring, hvis du vil, " sier Greg Sawicki. Sawicki jobber også i gåhjelpende exosuits, som førsteamanuensis i biomedisinsk teknikk ved University of North Carolina. Enhetene hans er basert på et lite, stivt eksoskelett - noen ganger drevet, noen ganger aktivert av en fjær - som passer rundt ankelen.
"I studiene fant vi et annet resultat, som er at det ofte blir mindre avkastning, " sier han. "Du klarer deg godt opp til et visst assistansepunkt, og hvis du gir for mye, begynner effektiviteten til det menneskelige maskin-systemet å avta." Han mistenker at noe av forskjellen skyldes Walshs flerkunstige arkitektur, og hvordan den inkluderer bevegelsen i hoften.
Både Walshs og Sawickis arbeid har blitt brukt på det medisinske feltet, hjelper hjerneslagoffer, eller pasienter med multippel sklerose, eller andre aldersrelaterte skader og sykdommer for å øke mobiliteten deres. Walsh har inngått samarbeid med ReWalk Robotics for å utvikle systemer for disse applikasjonene. Men det er en annen viktig applikasjon, som har hjulpet Walsh med å skaffe DARPA-finansiering: Soldater som tapper tungt utstyr kan en dag bruke dresser som disse for å hjelpe dem å gå lenger, bære mer og oppleve mindre tretthet.
I jakten på begge målene har Walsh foredlet tekstilene, aktiveringssystemene og kontrollerne for å gjøre slike drakter mer realistiske utenfor laboratoriet. "Fremskrittene på dette feltet skjer gjennom samarbeid med mennesker som forstår det menneskelige, fysiologien, biomekanikken og mennesker som forstår robotikk og det teknologiske aspektet, " sier han. Det er en tverrfaglig tilnærming, med design og ergonomi, men også biomekanikk, programvareteknikk og robotikk. Alle går litt annerledes, så systemet må i det minste delvis tilpasses. Og så er det vekten.
"Den største utfordringen er drivtettheten ved aktiveringen, " sier Sawicki og påpeker at montering av batterier og motorer på rullatoren i stedet for eksternt på et nærliggende stativ, slik Walsh gjorde, kan redusere effektiviteten. Inntil batteri- og motorteknologien forbedres, krever enhver økning i kraft en økning i vekt, en avveining som foreløpig er iboende i alle slike turgåere. "Det er denne grunnleggende regelen at hvis du vil være kraftigere, må du være tyngre når det gjelder motorer."
