A kihívás: Túl a “rövidlátó” robotikán
A stroke továbbra is a hosszú távú rokkantság egyik vezető oka, csak az Egyesült Államokban évente több mint 800 000 eset fordul elő. Míg a robotok által támogatott rehabilitáció skálázható megoldást kínál a gyógytornászok hiányára, a neuroplaszticitás kritikus feltétele az "aktív erőfeszítés". Ha a robot végzi az összes munkát, a páciens passzív marad, és nem történik motoros tanulás.
Damiano Zanotto professzor és csapata a Stevens Institute of Technology-nál egy "intelligens" robotrendszer kifejlesztésével próbált megoldást találni, amely a megerősítő tanulást (RL) alkalmazza. Feltételezésük szerint a vezérlő valós időben "megtanulja" a beteg igényeit, és csak akkor nyújt támogatást, amikor szükséges (Assist-as-Needed), és akkor kényszeríti ki az erőfeszítést, amikor lehetséges.
Az akadályok: Az elmélet és a hardver közötti szakadék
Az elméleti vezérlési algoritmusról a fizikai gépre való áttérés két különböző akadályt jelent: technikai és pénzügyi.
- Technikai késleltetés: A hagyományos "rövidlátó" vezérlők reaktívak, csak a hiba bekövetkezése után állítanak be. A Stevens Intézet csapatának olyan rendszerre volt szüksége, amely képes "tanulás tanítására" - a neurális hálózat kimeneteinek feldolgozására és a motor nyomatékának azonnali (1 kHz-es) beállítására, hogy a páciens az optimális tanulási zónában maradjon.
- Az akadémiai kényszer: Egy új elmélet validálásához nagy teljesítményű, ipari minőségű alkatrészekre van szükség. Az egyetemi költségvetések azonban gyakran feszítettek. A kutatóknak gyakran nehéz kompromisszumot kell kötniük: a hardver teljesítményének csökkentése érdekében kompromisszumot kell kötniük a költségek csökkentése érdekében, ami esetleg érvénytelenítheti eredményeiket, vagy a projektet a finanszírozás hiánya miatt le kell állítaniuk.
A megoldás: Partnerség az innovációért
Az elmélet és a gyakorlati megvalósítás közötti szakadék áthidalására a csapat a ADVANCED Motion Controls egyetemi tájékoztató program.
Zanotto professzor és a Stevens Institute of Technology már évekkel korábban is együttműködött az AMC egyetemi oktatási programjával egy haptikus joystick projektben. Így amikor ehhez a projekthez szervohajtásra volt szükség, Zanotto professzor pontosan tudta, kit kell hívnia.
Felismerve a projekt potenciális hozzájárulását az orvosi közösséghez, az AMC adományozott DZEANTU-020B200 digitális szervohajtások a laboratóriumba. Ez a partnerség ipari minőségű hardvert biztosított a csapatnak a megfizethetetlen költségek nélkül, így a csapat a beszerzési korlátok helyett a mérnöki kihívásra összpontosíthatott.
A hardverelőny:
A DZEANTU meghajtókat egy egyedi kábeles párhuzamos robotba (CDPR) integrálták.
- Nagysebességű kommunikáció: A meghajtók a valós idejű célgéppel a következő eszközökön keresztül kommunikáltak EtherCAT, elérve az RL algoritmusok által megkövetelt kritikus 1 kHz-es frissítési sebességet.
- Precíziós vezérlés: A digitális meghajtók biztosították a sima, haptikus erők megjelenítéséhez szükséges pontos áramkör-szabályozást, így a robotot a terapeuta természetes kiterjesztésének érezte.
Az eredmények: Siker
A pénzügyi terhek enyhítésével és a technikai követelmények teljesítésével a csapat sikeresen validálta a megerősítéses tanulással segített RL-AAN (Reinforcement Learning Assist-as-Needed) vezérlőt. A vizsgálat kimutatta, hogy az AMC-alapú rendszerrel képzett felhasználók bizonyították:
- Csökkentett robotfüggőség: A felhasználóknak lényegesen több aktív erőfeszítést kellett tenniük, mint a hagyományos vezérlők esetében.
- Kiváló megtartás: A felhasználók a robotizált segítség eltávolítása után is megtartották a jobb pályapontosságot.
Azzal, hogy nagy teljesítményű szervohajtások kerülnek a kutatók kezébe, ADVANCED A Motion Controls szerves részévé vált egy olyan projektnek, amely a stroke-helyreállítás határait feszegeti.
Az egyetemi tájékoztató programról
2004 óta az ADVANCED Motion Controls együttműködik diákokkal, kutatókkal és professzorokkal a mozgásszabályozás oktatási folyamatának előmozdítása érdekében. Célunk, hogy az elmélet bizonyítása mellett megkönnyítsük a gyakorlatiasság megalapozásának pénzügyi terheit.
Akár egy mesterdiplomamunkán, akár egy tantermi projekten vagy egy laboratóriumi frissítésen dolgozik, büszkék vagyunk arra, hogy a csapatának függő részévé válhatunk. Mi kínálunk:
- Adományozott vagy kedvezményes árú berendezések: Az új szervohajtásoktól a tökéletesen működő, megszűnt egységekig a "szabad meghajtások listájáról"."
- Műszaki támogatás: Közvetlen hozzáférés mérnöki csapatunkhoz, hogy segítsen kiválasztani a legjobb terméket az adott alkalmazáshoz.
- Valós világbeli tapasztalatok: Ipari minőségű berendezéseket adunk a jövő mérnökeinek kezébe.
Van egy projektje? Meséljen nekünk a küldetéséről.
A hozzájárulások jellemzően amerikai intézményekre vagy amerikai intézményeket érintő nemzetközi projektekre korlátozódnak.
