In shoe sensor

史蒂文斯理工學(xué)院的研究人員正在利用一些最新的機(jī)械和機(jī)器人技術(shù)來幫助我們的老年人保持健康、活躍和獨(dú)立。

據(jù)了解，電氣和計(jì)算機(jī)工程教授兼機(jī)器人與自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室主任Yi Guo和機(jī)械工程助理教授兼可穿戴機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任Damiano Zanotto正在與史蒂文斯文理學(xué)院助理教授Ashley Lytle和哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的Ashwini K. Rao博士合作，將一個(gè)輔助移動(dòng)機(jī)器人伴侶與可穿戴的鞋內(nèi)傳感器結(jié)合在一起，設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，幫助老年人維持他們健康生活所需的平衡感和運(yùn)動(dòng)能力。

Guo表示：“平衡和運(yùn)動(dòng)對(duì)這一人群來說是一個(gè)重要的問題，如果老年人跌倒并受傷，他們將在很長一段時(shí)間內(nèi)都不太可能保持健康和鍛煉了。這樣一來，他們的健康水平和表現(xiàn)都會(huì)下降。我們的移動(dòng)機(jī)器人同伴可以幫助減少跌倒的幾率，并通過保持良好的步行功能來促進(jìn)健康的生活方式?！?/p>

這些移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)用于引導(dǎo)步行過程，通過鞋內(nèi)傳感器，監(jiān)測用戶的步態(tài)，指示問題，并調(diào)整運(yùn)動(dòng)速度和步速。這項(xiàng)計(jì)劃是國家科學(xué)基金會(huì)為期四年的研究項(xiàng)目的一部分。

“我們首次將可穿戴傳感技術(shù)與自主移動(dòng)機(jī)器人相結(jié)合，”Zanotto說，他在哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心與老年人共事了三年?！皩⑦@些不同領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)結(jié)合起來，利用可穿戴傳感技術(shù)的優(yōu)勢，如精確捕捉人體運(yùn)動(dòng)，以及移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)勢，例如更大的計(jì)算能力，這是令人興奮的。”

該團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)算法，將來自智能、無干擾的鞋內(nèi)傳感器和先進(jìn)的車載傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)融合在一起，以通知機(jī)器人的導(dǎo)航協(xié)議，并控制機(jī)器人與老年人的互動(dòng)方式。這是幫助老年人安全地進(jìn)行步行鍛煉和維持生活質(zhì)量的一種很有前途的方法。

把實(shí)驗(yàn)室的好處帶到生活中

Guo和Zanotto正在與社會(huì)和健康心理學(xué)專家Lytle合作，以實(shí)現(xiàn)社交連接功能，并使人與機(jī)器人之間的雙向交互對(duì)老年人來說更加直觀、有趣和有意義。

“特別是在COVID期間，對(duì)于獨(dú)自生活的老年人來說，與家人和朋友進(jìn)行社交聯(lián)系非常重要，”Zanotto說，“機(jī)器人伴侶還將提供遠(yuǎn)程會(huì)議工具，以直觀和透明的方式提供這種互動(dòng)?！?/p>

“我們希望使用機(jī)器人進(jìn)行社交連接，或許可以將其與Alexa等輔助助手集成，Guo補(bǔ)充道?！拔覀兊哪繕?biāo)是讓它成為一個(gè)同伴機(jī)器人，它可以感知，例如，你正在做飯，或者你在客廳里，并幫助你做你想做的事情?！?/p>

這是一個(gè)很好的例子，說明抽象概念如何在現(xiàn)實(shí)生活中產(chǎn)生意義的好處。

“作為工程師，我們傾向于在實(shí)驗(yàn)室工作，試圖優(yōu)化我們的算法、設(shè)備和技術(shù)，”Zanotto指出，“但歸根結(jié)底，我們所做的只有有限的價(jià)值，除非它對(duì)現(xiàn)實(shí)生活產(chǎn)生影響?？吹轿覀?cè)趯?shí)驗(yàn)室開發(fā)的設(shè)備和技術(shù)如何應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中，這是一件很有趣的事情。”

在全球大流行病中保持平衡

盡管COVID-19推遲了該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在紐約市一個(gè)老年活動(dòng)中心進(jìn)行的測試，但它并未能阻止團(tuán)隊(duì)的進(jìn)展。

“雖然我們還不能對(duì)老年人進(jìn)行測試，但我們的學(xué)生仍在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試，”Guo說?！敖衲晗奶旌颓锾欤瑢W(xué)生們第一次驗(yàn)證了該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)能力，即監(jiān)測和評(píng)估行走過程中的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定裕度，換句話說，就是評(píng)估跟隨機(jī)器人的人是否能夠正常行走或有摔倒的風(fēng)險(xiǎn)。他們還在為機(jī)器人設(shè)計(jì)參數(shù)，以便在行走時(shí)提供早期警告和反饋，幫助受試者糾正行走時(shí)的姿勢和步態(tài)問題?！?/p>

這些警告實(shí)際上是在腳下進(jìn)行傳達(dá)的，因?yàn)樾锏膫鞲衅鲿?huì)像手機(jī)一樣振動(dòng)，向目標(biāo)對(duì)象傳遞即時(shí)的方向信息。

Zanotto說：“我們不是第一個(gè)使用這種振動(dòng)刺激技術(shù)的人，但這種應(yīng)用是新的?！?/p>

到目前為止，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在頂級(jí)機(jī)器人學(xué)出版物上發(fā)表了論文，包括IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering和2020 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)。這是實(shí)現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)的一大步 — 將工程師的技術(shù)專長用于臨床生物識(shí)別和各地老年人的真實(shí)生活。

崔歡歡