Новые искусственные ноги физиологически точно воспроизводят походку человека

Группа исследователей из университета штата Аризона создала робоноги, которые впервые, по мнению разработчиков, детально моделируют биофизические особенности движения человека. Ключевым отличием этих робоног является подход к программированию кинематики, основанный на создании аналога биологического генератора шагательных движений с обратной связью.

У человека и других млекопитающих в спинном мозге существуют функциональные образования, представляющие собой нейронные подсети с большой долей автоматизма. Одна из таких структур, расположенных в области поясничного утолщения, называется генератор шагательных движений (ГШД, или сentral pattern generator – CPG в англоязычной литературе). В нём генерируются нервные импульсы, задающие ритм и обеспечивающие координированную последовательность движений нижних конечностей.

Благодаря наличию ГШД люди могут не думать о процессе ходьбы, а грудные дети при удерживании за руки в вертикальном положении и касании опоры совершают характерные движения ногами ещё до того как научатся стоять.

В работе использована простейшая имитация ГШД, которую выполняют электронные аналоги двух мотонейронов. Они генерируют импульсы поочерёдно, задавая ритм движения. Механизм обратной связи обеспечивается за счёт сенсоров, расположенных в различных частях робо-ноги. Их задача имитировать тактильные и проприорецепторы человека для отслеживания момента касания опоры и изменения положения.

Получившийся стиль походки робоног ближе всего соответствует таковому у детей, только что научившихся ходить.

Частично это обусловлено тем, что одной из решаемых в ходе исследования задач было изучение процесса обучению ходьбе и формирования стереотипов движений в раннем возрасте.

Разработчики считают, что несмотря на массу упрощений в имитации мышц нижних конечностей, их иннервации и васкуляризации, созданные робоноги могут послужить точной моделью во многих областях медицины и в робототехнике. Они помогут в изучении биомеханики, разработке методов выявления и лечения нарушений опорно-двигательного аппарата и при создании более совершенных протезов.

Оригинальная статья «Физическая модель сенсомоторных взаимодействий во время движения» была опубликована в журнале «Неврологическая инженерия».

Что будем искать? Например,ChatGPT

Мы в социальных сетях