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，電氣和計算機(jī)工程教授兼機(jī)器人與自動化實(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，將一個輔助移動機(jī)器人伴侶與可穿戴的鞋內(nèi)傳感器結(jié)合在一起，設(shè)計一個系統(tǒng)，幫助老年人維持他們健康生活所需的平衡感和運(yùn)動能力。

Guo表示：“平衡和運(yùn)動對這一人群來說是一個重要的問題，如果老年人跌倒并受傷，他們將在很長一段時間內(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)都會下降。我們的移動機(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>

這些移動機(jī)器人設(shè)計用于引導(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)動速度和步速。這項(xiàng)計劃是國家科學(xué)基金會為期四年的研究項(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，以及移動機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)勢，例如更大的計算能力，這是令人興奮的?！?/p>

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老年人來說更加直觀、有趣和有意義。

“特別是在COVID期間，對于獨(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)程會議工具，以直觀和透明的方式提供這種互動。”

“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值，除非它對現(xiàn)實(shí)生活產(chǎn)生影響。看到我們在實(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?！?/p>

在全球大流行病中保持平衡

盡管COVID-19推遲了該團(tuán)隊(duì)計劃在紐約市一個老年活動中心進(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。“今年夏天和秋天，學(xué)生們第一次驗(yàn)證了該系統(tǒng)的實(shí)時能力，即監(jiān)測和評估行走過程中的動態(tài)穩(wěn)定裕度，換句話說，就是評估跟隨機(jī)器人的人是否能夠正常行走或有摔倒的風(fēng)險。他們還在為機(jī)器人設(shè)計參數(shù)，以便在行走時提供早期警告和反饋，幫助受試者糾正行走時的姿勢和步態(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袷謾C(jī)一樣振動，向目標(biāo)對象傳遞即時的方向信息。

Zanotto說：“我們不是第一個使用這種振動刺激技術(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別和各地老年人的真實(shí)生活。

崔歡歡