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Estação espacial motores de tomar pernas protéticas para um novo nível

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Um novo aplicador de prótese de perna protótipo oferece uma marcha mais natural além de ser mais silencioso e mais eficiente energeticamente do que outros projetos, relatório dos investigadores.

A chave é o uso de novas pequenas e potentes motores, originalmente concebido para um braço robótico da Estação Espacial Internacional.

O design aerodinâmico oferece um livre oscilação de joelho e de travagem regenerativa, que recarrega a bateria com energia capturada quando o pé atinge o solo. Este recurso permite a perna mais do que o dobro de um típico usuário de próteses andando necessidades com uma carga por dia.

“Nosso prótese de perna consome aproximadamente metade da energia da bateria de estado-da-arte robótica pernas, mas pode produzir mais força,” afirma Robert Gregg, professor associado de engenharia elétrica e de computação da Universidade de Michigan e um membro da universidade do Robotics Institute, que liderou o estudo, enquanto que na Universidade do Texas, em Dallas.

Usando próteses convencionais, amputados deve levantar seus quadris para levantar a prótese de pé do chão e balançar as pernas para a frente. Este natural de marcha gasta mais energia que o habitual passeio, faz com que extra de estresse e dor nos quadris e parte inferior das costas, e, eventualmente, danos nas articulações. Robótica pernas têm o potencial de fornecer muito mais confortável marcha, mas uma de suas desvantagens é a rigidez nas articulações.

“Nós projetamos nossas articulações para ser mais compatível, ou flexível, na medida do possível”, diz Toby Elery, recente pós-graduação de doutorado da UT Dallas e primeiro autor do estudo sobre o trabalho em IEEE transactions on Robotics.

“A nossa perna robótica pode realizar e, até mesmo, de reagir como um ser humano comum teria, permitindo que naturalmente livre oscilação de joelho e de absorção de choque ao entrar em contato com o chão.”

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Os motores de robótica pernas precisam se encaixar no espaço ordinário membro iria pegar. No passado, isso significou usando pequenos motores que giram rapidamente e, em seguida, usando uma série de mudanças para converter o giro rápido em uma força mais poderosa.

O problema é que as mudanças são barulhentos, ineficiente, adicione peso, e torná-lo mais difícil para as articulações para o swing. Gregg do grupo encimado isso, incorporando duas das mais fortes da estação espacial motores, um alimentando o joelho e a outra ligando o tornozelo.

Há muitos benefícios a usar menos mudanças. Para além de permitir o livre oscilação do joelho, a remoção de mudanças trouxe o nível de ruído baixo a partir da escala de um aspirador de pó para um frigorífico. Além disso, a frenagem regenerativa, absorve um pouco do choque quando a prótese de pé toca o solo.

“Se as articulações são rígida ou rígida, a força é transferida para o membro residual, e que pode ser doloroso,” Gregg diz. “Em vez disso, vamos usar essa força para carregar a bateria.”

Os amputados que a unidade de teste as próteses em Gregg laboratório de dizer que eles podem se sentir a perna ajudando a empurrar o chão enquanto andam.

“Em alguns casos, eles observaram que eles se sentem como os músculos em seus quadris e costas estão a trabalhar menos com o nosso pé, em comparação com as convencionais perna,” Gregg diz. “Somos capazes de reduzir as compensações nos quadris.”

A equipe, o próximo passo é melhorar os algoritmos de controle que pode ajudar a perna ajustar automaticamente para diferentes terrenos, mudanças de ritmo e de transições entre os diferentes tipos de atividade.

O financiamento para o estudo veio da National Institutes of Health, National Science Foundation, e o Burroughs Wellcome Fundo.

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UT Dallas e da Universidade de Michigan são, conjuntamente, buscando a proteção de patentes. Como Gregg continua o seu trabalho, UM de Transferência de Tecnologia está ativamente em busca de parceiros comerciais para ajudar a trazer a tecnologia para o mercado.

Fonte: Universidade de Michigan

Estudo Original DOI: 10.1109/TRO.2020.3005533

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