자동 조종 기능을 갖춘 외골격: 웨어러블 로봇공학의 미래

자동화는 일을 더 쉽게 만듭니다. 또한 사용자에게 먼저 문의하지 않고 순간적으로 전화를 걸어야 하는 기술의 손에 자신의 웰빙을 맡기면 상황이 더 무서워질 수 있습니다. 예를 들어, 자율주행차는 교통 정체나 방향을 바꾸는 자전거 운전자를 감지하고 적절하게 반응할 수 있어야 합니다. 이를 효과적으로 수행할 수 있다면 운송 분야의 판도를 바꿀 수 있습니다. 그렇지 않으면 결과가 치명적일 수 있습니다.

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  • 로봇 외골격의 가장 큰 과제
  • 아직 전성기를 준비 중

캐나다 워털루 대학의 연구원들은 이 문제를 연구하고 있습니다. 이는 착용 가능한 로봇 엑소슈트 분야에만 적용됩니다. 이러한 슈트는 다음과 같습니다. 산업용 웨어러블을 연상시키는 외계인’ 파워로더 에게 이동 장애가 있는 개인을 위한 보조복 나이 또는 신체 장애로 인해 발생하는 장치는 이미 착용자를 돕기 위한 증강 장치로 사용되고 있습니다. 그러나 그들은 운영에 있어서 전적으로 수동적이었습니다. 이제 연구자들은 그들에게 자신의 생각을 주고 싶어합니다.

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이를 위해 워털루 대학 연구진은 AI를 개발하고 있습니다. 엑소슈트가 주변을 감지하고 적응할 수 있게 해주는 컴퓨터 비전과 같은 도구 계단의 비행을 발견하고 자동으로 오르거나 실제로 다양한 보행 환경에 반응하는 등 그에 따른 움직임 시간. 만약 그것을 성공시킨다면 이러한 보조 장치의 유용성은 영원히 바뀔 것입니다. 하지만 그렇게 하는 것은 쉽지 않습니다.

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로봇 외골격의 가장 큰 과제

"제어는 일반적으로 실제 응용을 위한 로봇 외골격을 개발하는 데 있어 가장 큰 과제 중 하나로 간주됩니다." 브로코슬라프 라쇼프스키, 박사 학위 대학의 시스템 디자인 공학과 후보자는 Digital Trends에 말했습니다. “안전하고 견고한 작동을 보장하기 위해 시중에서 판매되는 외골격은 조이스틱이나 모바일 인터페이스와 같은 수동 제어를 사용하여 사용자의 운동 의도를 전달합니다. 웨어러블 카메라와 인공지능을 활용한 로봇 외골격의 자율 제어 시스템을 개발하고 있습니다. 인간의 통제와 의사결정과 관련된 인지적 부담을 [완화하기 위해] 지능.”

워털루 대학교: 착용 가능한 로봇 외골격 카메라
워털루대학교

프로젝트의 일환으로 팀은 AI 기반 환경 분류 시스템을 개발해야 했습니다. 엑소넷 데이터베이스는 인간의 보행 환경에 대한 사상 최대 규모의 오픈 소스 이미지 데이터 세트라고 주장합니다. 이는 사람들이 가슴에 장착된 카메라를 착용하고 주변 환경을 돌아다니며 움직임과 운동을 기록함으로써 수집된 다음 신경망을 훈련시키는 데 사용되었습니다.

"우리의 환경 분류 시스템은 딥 러닝을 사용합니다."라고 Laschowski는 계속 말했습니다. 그러나 고성능 딥러닝 알고리즘은 계산 비용이 많이 드는 경향이 있어 운영 리소스가 제한된 로봇 외골격에는 문제가 됩니다. 따라서 우리는 환경 분류를 위한 최소한의 계산 및 메모리 저장 요구 사항을 갖춘 효율적인 컨볼루션 신경망을 사용하고 있습니다. 이러한 디러닝 알고리즘은 전통적으로 수행되는 수동 엔지니어링 기능을 사용하는 대신 훈련 데이터에서 직접 최적의 이미지 기능을 자동으로 효율적으로 학습할 수도 있습니다.”

존 맥피, 워털루 대학교 시스템 디자인 공학 교수는 Digital Trends에서 다음과 같이 말했습니다. “본질적으로 우리는 중지, 시작, 단계당 다리 들어올리기 등의 수동 제어를 자동화된 제어로 대체하고 있습니다. 해결책. 한 가지 비유는 수동 변속을 대체하는 자동차의 자동 파워트레인입니다. 요즘 대부분의 사람들은 자동화가 더 효율적이고, 사용자가 클러치와 스틱을 조작하는 것보다 주변 환경에 더 집중할 수 있기 때문에 운전합니다. 비슷한 방식으로, 엑소용 자동화된 고급 컨트롤러는 사용자에게 더 큰 환경 인식의 형태로 새로운 기회를 열어줄 것입니다.”

자율주행차와 마찬가지로 연구원들은 인간 사용자가 필요할 경우 자동 제어 시스템을 무시할 수 있는 능력을 갖게 될 것이라고 지적했습니다. 예를 들어, 엑소슈트가 비행을 발견할 것이라고 믿으려면 여전히 약간의 믿음이 필요합니다. 계단을 내려가기 전에 착용자는 계단을 내려갈 때 상황을 제어할 수 있습니다. 필요한.

아직 전성기를 준비 중

현재 이 프로젝트는 진행 중입니다. Laschowski는 "우리는 현재 AI 기반 환경 분류 시스템을 최적화하는 데 중점을 두고 있으며, 특히 분류 정확도와 실시간 성능을 향상시키는 데 주력하고 있습니다."라고 말했습니다. "이러한 기술 엔지니어링 개발은 자율 제어 기능을 갖춘 로봇 외골격을 사용하여 향후 임상 테스트를 위한 안전하고 견고한 작동을 보장하는 데 필수적입니다."

워털루대학교: 착용 가능한 로봇 외골격 사용
워털루대학교

그러나 모든 것이 계획대로 진행된다면 그러한 알고리즘이 상업적으로 이용 가능한 엑소슈트에 배포될 수 있을 때까지는 그리 오랜 시간이 걸리지 않을 것입니다. Sarcos Robotics와 같은 혁신적인 회사 덕분에 이미 더욱 널리 보급되고 있으며 더욱 다양한 환경에서 사용되고 있습니다. 또한 착용자가 슈트를 착용하지 않을 때 할 수 있는 것 이상으로 인간의 능력을 크게 향상시킬 수 있습니다.

어떤 면에서는 악몽 같은 다스(Darth)가 아닌 사이보그의 원래 개념을 매우 연상시킵니다. Vader 또는 RoboCop은 반 인간과 반 기계를 융합했지만 연구원 Manfred Clynes와 Nathan은 클라인 1960년대에 쓴, "로봇과 같은 문제가 자동으로 처리되는 조직 시스템입니다. [인간]이 탐험하고, 창조하고, 생각하고, 느낄 수 있도록 자유롭게 남겨두는 것입니다.” 희미하게 히피한 느낌이 돋보입니다. (이것 ~였다 60년대)에도 아이디어는 여전히 유효합니다. 로봇이 내비게이션과 관련된 일상적인 문제를 자동으로 처리하게 함으로써 인간 사용자는 더 중요하고 매력적인 일에 집중할 수 있습니다. 결국, 대부분의 사람들은 걸을 때 한 발을 다른 발 앞으로 움직이는 세부 사항에 대해 의식적으로 생각할 필요가 없습니다. 로봇 엑소슈트를 입은 사람이 왜 그렇게 해야 합니까?

이 연구에 관한 최신 논문은 다음과 같습니다. 최근 IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics 저널에 게재됨.

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