مقاله پیشرفت فناوری اگزواسکلتون انسانی و بحث هایی در مورد تحقیقات آینده (2014 اشپرینگر)

مقدمه

تحقیقات بر روی اگزواسکلتون

اگزواسکلتون فعال

نتیجه گیری

After more than half a century of intense efforts, the development of exoskeleton has seen major advances, and several remarkable achievements have been made. Reviews of developing history of exoskeleton are presented, both in active and passive categories. Major models are introduced, and typical technologies are commented on. Difficulties in control algorithm, driver system, power source, and man-machine interface are discussed. Current researching routes and major developing methods are mapped and critically analyzed, and in the process, some key problems are revealed. First, the exoskeleton is totally different from biped robot, and relative studies based on the robot technologies are considerably incorrect. Second, biomechanical studies are only used to track the motion of the human body, the interaction between human and machines are seldom studied. Third, the traditional developing ways which focused on servo-controlling have inborn deficiency from making portable systems. Research attention should be shifted to the human side of the coupling system, and the human ability to learn and adapt should play a more significant role in the control algorithms. Having summarized the major difficulties, possible future works are discussed. It is argued that, since a distinct boundary cannot be drawn in such strong-coupling human-exoskeleton system, the more complex the control system gets, the more difficult it is for the user to learn to use. It is suggested that the exoskeleton should be treated as a simple wearable tool, and downgrading its automatic level may be a change toward a brighter research outlook. This effort at simplification is definitely not easy, as it necessitates theoretical supports from fields such as biomechanics, ergonomics, and bionics.

پس از نیم قرن مطالعات پیوسته، توسعه اگزواسکلتون پیشرفت های زیادی را به خود دیده است و دستاورد های قابل توجهی بدست آمده اند. در این مقاله تاریخچه توسعه اگزواسکلتون در هر دو مقوله فعال و غیر فعال ارایه می شود. مدل های اصلی معرفی شده و فناوری های مربوطه بررسی خواهند شد. مسیر های تحقیقاتی فعلی و روش های در حال توسعه عمده تهیه شده و به طور نقادانه تجزیه تحلیل می شوند و در این فرایند برخی از مسائل کلیدی آشکار سازی خواهند شد. اول این که، اگزواسکلتون به طور کلی متفاوت از ربات دو پا است و مطالعات نسبی بر اساس فناوری های ربات به طور قابل توجهی غیر صحیح و نادرست هستند. دوما، مطالعات بیومکانیکی تنها برای مسیر یابی حرکت بدن انسان استفاده می شوند و اثرات متقابل بین ماشین و انسان به ندرت مطالعه می شود. سوما، شیوه های توسعه سنتی که بر کنترل بازخوردی تاکید دارند از ساخت سیستم های قابل حمل نقص مادرزادی دارند. توجه تحقیقات باید به بعد انسانی سیستم کوپلینگ معطوف شود و توانایی انسان برای یادگیری و سازش، نقش معنی داری در الگوریتم های کنترل ایفا می کند. بعد از خلاصه ای از مسائل و مشکلات اصلی، کار های آینده بحث می شوند. استدلال بر این است که چون یک مرز متفاوت را نمی توان در چنین سیستم کوپلینگ قوی اگزواسکلتون انسانی ترسیم کرده، هر چه سیستم کنترل پیچیده تر باشد، کاربر به سختی می تواند از آن استفاده کند. پیشنهاد بر این است که اگزواسکلتون باید به صورت یک ابزار پوشیدنی ساده در نظر گرفت شود و کم ارزش تر شدن سطح اتوماتیک و خودکار آن می تواند تغییری به سمت تحقیقات گسترده تر و چشم انداز های روشن تر باشد. این کار به خودی خود آسان نیست زیرا نیازمند پشتیبانی های تئوریکی از طرف رشته هایی نظیر بیومکانیک، ارگونومیک و بیونیک می باشد.