Pewne nogi robota

System sterowania maszyną, która naśladuje ludzki chód pomoże sparaliżowanym pacjentom

Aktualizacja: 11.07.2012 05:37 Publikacja: 11.07.2012 03:52

Honda Asimo to jeden z pierwszych dwunożnych robotów. Zaprezentowany został w 2000 roku

Honda Asimo to jeden z pierwszych dwunożnych robotów. Zaprezentowany został w 2000 roku

Foto: AP

Mechanizm –według badaczy z Uniwersytetu Arizony, którzy swoje osiągnięcie opisali w „Journal of Neural Engineering" – to nie tylko nowy krok w konstrukcji robotów. Pozwoli także pomóc w leczeniu osób, które mają uszkodzony rdzeń kręgowy.

Łatwiej o ręce

Uczeni z Arizony odwzorowali naturalny sposób sterowania chodzeniem i wyposażyli nogi robota w sztuczne centrum kontroli oraz w czujniki, które m.in. informują o obciążeniu kończyn, gdy noga jest dociskana do podłoża. System informatyczny generuje rytmiczne sygnały, które kontrolują działanie „mięśni" – siłowniki poruszające kończynami.

– To intrygujące, że udało nam się stworzyć system stawiania kroków bez chybotania, który naśladuje ludzkie chodzenie, tylko z zastosowaniem prostego centrum sterowania i kontroli kończyn – powiedziała dr Theresa Klein, współautorka pracy w „Journal of Neural Engineering".

Konstruktorom łatwiej jest wyposażyć roboty w sprawne ręce niż nogi. Być może dlatego Robonaut2, robot wspomagający astronautów na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, dotychczas nie ma nóg, a jedynie korpus, ręce i głowę.

Prace konstruktorskie nad dwunożnym robotem trwają od wielu lat. Pewne sukcesy w tej dziedzinie odniosła amerykańska firma Boston Dynamics, która pracuje nad konstrukcją czworonożnych i dwunożnych maszyn dla wojska.

Impulsy na przemian

Naśladowanie działania układu nerwowego jest nowością, która pozwoli na znaczny postęp w konstrukcji robotów.  Jak to działa?

Komórki nerwowe w odcinku lędźwiowym rdzenia kręgowego generują rytmiczne sygnały mięśniowe. Naukowcy nazywają ten mechanizm centralnym generatorem wzorca (ang. skrót CPG). Ośrodek ten wysyła, a następnie kontroluje sygnały, zbierając informacje z różnych części ciała zaangażowanych w chodzenie. Dzięki niemu ludzie mogą chodzić bez konieczności zastanawiania się nad każdym krokiem.

Krok dalej

Najprostszy centralny generator wzorca składa się tylko z dwóch neuronów, które działają w ten sposób, że impulsy wysyłane są na przemian, tworząc rytm. W przeciwną stronę płyną informacje, kiedy noga dotyka podłoża. Badacze z Uniwersytetu Arizony zauważyli, że tak właśnie niemowlęta zaczynają stawiać pierwsze kroki. Początkowo system sterowania jest bardzo prymitywny. Z czasem rozwija się w bardziej złożony.

– Zbudowanie prostego systemu sterowania pozwoli wyjaśnić, jak ludzie z urazami rdzenia kręgowego mogą odzyskać zdolność chodzenia. Właściwa stymulacja może doprowadzić do odtworzenia możliwości ruchowych w ciągu kilku miesięcy od urazu – uważa dr Klein.

„Ten robot reprezentuje kompletny fizyczny model systemu. Potwierdza przydatność tego typu poszukiwań do wyjaśniania procesów leżących u neuropsychologicznych podstaw chodzenia ludzi i zwierząt" – piszą badacze w artykule.

– To interesujące osiągnięcie – powiedział sieci BBC Matt Thornton, kierownik laboratorium analizy chodu w Royal National Orthopaedic Hospital.

–Poprzednie modele robotów kopiowały ludzkie ruchy: ten idzie dalej i naśladuje ludzkie mechanizmy kontroli poruszania się. To pozwala na nowe podejście do badań i zrozumienia związku między zaburzeniami systemu nerwowego a patologiami związanymi z poruszaniem się.

Analiza chodu wykonywana m.in. przez laboratorium dr. Thorntona polega na dokładnym mierzeniu ruchu bioder, kolan i stawów skokowych w trzech wymiarach, podczas gdy pacjenci spacerują na bieżni.

– Ten rodzaj analizy dostarcza nam szczegółowych informacji na temat stawów, kości i mięśni – mówi dr Thornton.

– Modelowanie z użyciem robota może pójść o krok dalej w łączeniu problemów z poruszaniem się z układem nerwowym, który faktycznie kontroluje ruch. Skutki dla pacjentów z uszkodzeniem rdzenia kręgowego mogą być ekscytujące.

masz pytanie, wyślij e-mail do autora, k.urbanski@rp.pl

Mechanizm –według badaczy z Uniwersytetu Arizony, którzy swoje osiągnięcie opisali w „Journal of Neural Engineering" – to nie tylko nowy krok w konstrukcji robotów. Pozwoli także pomóc w leczeniu osób, które mają uszkodzony rdzeń kręgowy.

Łatwiej o ręce

Pozostało 93% artykułu
Materiał Promocyjny
Kod Innowacji - ruszył konkurs dla firm stawiających na nowe technologie w komunikacji z konsumentami
https://track.adform.net/adfserve/?bn=77855207;1x1inv=1;srctype=3;gdpr=${gdpr};gdpr_consent=${gdpr_consent_50};ord=[timestamp]
Materiał Promocyjny
Polska na czele rewolucji technologii kwantowych
Nowe technologie
Niewykrywalny bombowiec strategiczny Sił Powietrznych USA odbył pierwszy lot
Nowe technologie
Co mówią kury? Naukowcy opracowali tłumacza, użyli sztucznej inteligencji
Materiał Promocyjny
Bank Pekao wchodzi w świat gamingu ze swoją planszą w Fortnite
Nowe technologie
Prof. Zybertowicz: AI może potraktować ludzkość jak budowniczy autostrad traktują mrowiska