國際最新研發(fā)提升外骨骼性能模擬學(xué)習(xí)框架
中新網(wǎng)北京6月13日電 (記者 孫自法)國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》最新發(fā)表一篇生物醫(yī)學(xué)工程論文稱，研究人員研發(fā)出一種能加速外骨骼控制系統(tǒng)開發(fā)的模擬學(xué)習(xí)框架，這種外骨骼能輔助現(xiàn)實世界場景中的運(yùn)動。研究顯示，該框架或有助于推動外骨骼和義肢等裝置的廣泛應(yīng)用。
據(jù)論文介紹，外骨骼能顯著提升人類運(yùn)動，恢復(fù)殘障人士的運(yùn)動能力。不過，當(dāng)前的控制器在匹配不同個體需求和任務(wù)涉及的復(fù)雜人體運(yùn)動時仍面臨挑戰(zhàn)。它們通常需要開展大量的人體測試，依賴手工制作的規(guī)則，這限制了它們的廣泛應(yīng)用。之前的模擬研究并不包含控制器設(shè)計，也未考慮人類-機(jī)器人交互，這給從模擬到現(xiàn)實世界應(yīng)用的過渡帶來了挑戰(zhàn)。
為克服這些挑戰(zhàn)，論文通訊作者、美國北卡羅來納州立大學(xué)蘇浩和同事及合作者一起，共同開發(fā)出一個能從人類-裝置交互中學(xué)習(xí)的框架，該框架不需要漫長的人體實驗和人力資源。他們開發(fā)了能在模擬中生成人體運(yùn)動、肌肉協(xié)調(diào)和外骨骼控制的3個互聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，隨后用他們的模型開展了數(shù)百萬次模擬試驗，該模型能從人體移動數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)。
為測試本次研發(fā)控制器在現(xiàn)實世界場景中的成功率，論文作者對一名佩戴髖關(guān)節(jié)外骨骼的使用者進(jìn)行了實驗，并在使用者進(jìn)行跑步、走路和爬樓梯這類運(yùn)動任務(wù)時進(jìn)行監(jiān)測，最后得到的數(shù)據(jù)(測量力矩)會顯示使用者不同運(yùn)動形式下的形狀變化以及輔助程度。研究發(fā)現(xiàn)，該控制器讓使用者的代謝率在行走時降低24.3%，跑步時降低13.1%，爬樓梯時降低15.4%，表明整體上控制器能在不同活動中成功協(xié)助使用者。
《自然》同期發(fā)表同行專家的“新聞與觀點(diǎn)”文章指出，今后仍需開展進(jìn)一步研究拓寬這些控制器的應(yīng)用范圍，從而讓輔助外骨骼應(yīng)用于更多的個體和任務(wù)。(完)
（原題：國際最新研發(fā)提升外骨骼性能模擬學(xué)習(xí)框架 或助義肢等廣泛應(yīng)用）
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