रोबोट एक्सोस्केलेटन को उद्योग के भविष्य, भौतिक पुनर्वास और बुजुर्गों की मदद करने के रूप में देखा जाता है, लेकिन इस क्षेत्र में प्रगति धीमी है। हालांकि, कार्नेगी विश्वविद्यालय - मेलन में इंजीनियरिंग कॉलेज के शोधकर्ताओं के
आविष्कार के लिए धन्यवाद सब कुछ बदल सकता है। उन्होंने एक प्रतिक्रिया प्रणाली विकसित की जो मानव चरणों के साथ रोबोट अंगों के आंदोलन को सामंजस्य स्थापित करती है।
एक घंटे के लिए, सिस्टम वाहक की सांस लेने पर नज़र रखता है - और जब तक कि यह सबसे इष्टतम नहीं लगता, तब तक 32 एक्सोस्केलेटन मोड बदल देता है।
चलने के दौरान एक्सोस्केलेटन मोटर्स के इष्टतम बिजली पैटर्न की पहचान एक मुश्किल काम है। प्रत्येक व्यक्ति की चाल की अपनी विशेषताएं हैं, और चरणों की विशेषताएं उस सतह सहित कई स्थितियों पर निर्भर करती हैं, जिस पर व्यक्ति चल रहा है। इस समस्या को हल करने के लिए, इंजीनियरों ने जानवर बल विधि का उपयोग किया जब सिस्टम अलग-अलग समय और शक्तियों का परीक्षण करता है ताकि इष्टतम मोड का पता लगाया जा सके जो सबसे बड़ा चयापचय लाभ देता है। लेकिन चयापचय लाभों को मापने के लिए, आपको बार-बार पहनने वाले की सांस को मापने की आवश्यकता होती है, जो बदले में, क्रूरता के दौरान परीक्षण की जाने वाली सेटिंग्स की संख्या को कम कर देता है। यही है, यहां सबसे इष्टतम प्रक्रिया को व्यवस्थित करना मुश्किल है।
कार्नेगी विश्वविद्यालय में इंजीनियरिंग कॉलेज के शोधकर्ताओं के एक समूह - मेलॉन ने अपने
वैज्ञानिक लेख में एक एल्गोरिथ्म का वर्णन किया है जो चयापचय बचत के वास्तविक समय के अनुमानों के साथ 1 घंटे की पुनरावृत्ति प्रक्रिया के दौरान सभी एक्सोस्केलेटन मोटर्स के टोक़ पैटर्न का अनुकूलन करता है। एक्सोस्केलेटन का शाब्दिक अर्थ है व्यक्ति को उसकी श्वास पर नज़र रखना।
कई स्वयंसेवकों पर "चक्र के बीच में" एक व्यक्ति के साथ एक पुनरावृत्त प्रणाली के वैज्ञानिक परीक्षणों के दौरान, सिस्टम ने एक्सोस्केलेटन के साथ चलने की तुलना में 24.2% 7.4% की औसत चयापचय बचत दिखाई। अर्थात्, एक व्यक्ति एक्सोस्केलेटन का उपयोग करते समय लगभग एक चौथाई कम ऊर्जा खर्च करता है। यह कमी अन्य अनुसंधान समूहों द्वारा प्राप्त परिणामों की तुलना में थोड़ी बेहतर है, लेकिन ये बहुत अच्छी संख्या हैं, यह देखते हुए कि एक्सोस्केलेटन का उपयोग केवल एक पैर के लिए किया गया था।
इसके अलावा, एल्गोरिथ्म का अनुकूलन करने के बाद, परिणाम उसी एक्सोस्केलेटन पर सुधार किए गए थे। लेकिन सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि इस तरह के प्रशिक्षण मानक ब्रूट बल का उपयोग करने की तुलना में बहुत तेज है और इसका अध्ययन अन्य अध्ययनों में किया गया है। यह आपको ब्रूट फोर्स (ग्राफ़ देखें) के दौरान ऑपरेशन के अधिक विविध तरीकों को आज़माने की अनुमति देता है।
मानव श्वास (मानव-में-पाश) की निरंतर निगरानी के साथ इस तरह की एक इंटरेक्टिव योजना आपको वर्तमान परिस्थितियों में अपने चलने के लिए किसी व्यक्ति की वर्तमान स्थिति के अनुकूल होने की अनुमति देती है।
अन्य तरीकों की तुलना में किसी व्यक्ति को चलने के लिए अनुकूलन की यह विधि क्यों थी? 1970 के दशक से, वैज्ञानिकों ने दिखाया है कि यह परिवर्तनशील अभ्यास है जो कौशल के अधिग्रहण में योगदान देता है। इससे पहले, यह माना जाता था कि प्रशिक्षण को निरंतर, अपरिवर्तनीय परिस्थितियों में किया जाना चाहिए। मोटे तौर पर, किसी व्यक्ति को इसे सीखने और कौशल हासिल करने के लिए एक ही बात को कई बार दोहराना चाहिए। लेकिन नहीं। जैसा कि यह निकला, अभ्यास चर होना चाहिए: स्थितियों को बदलना चाहिए - इसलिए कौशल का अधिग्रहण बहुत तेजी से होता है। तब से, चर अभ्यास का उपयोग चिकित्सा, खेल और व्यावसायिक प्रशिक्षण में किया गया है। तो, कार्नेगी विश्वविद्यालय में इंजीनियरों की एल्गोरिथ्म - मेलॉन इस सिद्धांत का उपयोग करने के लिए लगता है, जो लंबे समय से लोगों को शिक्षित करने के लिए उपयोग किया जाता है। यहां प्रदर्शित चयापचय बचत को प्रभावी टोक़ अनुकूलन और मानव अनुकूलन के संयोजन के माध्यम से हासिल किया जाता है, जो प्रक्रिया में क्रमबद्ध किए गए कई प्रकार के टोक़ पैटर्न हैं।
वैज्ञानिक कार्य के लेखकों का सुझाव है कि इस तरह से उन रोगियों को पूर्ण मोटर कौशल की वापसी में तेजी लाने के लिए संभव है, जिनमें ये कौशल बिगड़ा हुआ है, उदाहरण के लिए, स्ट्रोक के बाद। एक्सोस्केलेटन टॉर्क की भिन्नता एक ऐसा परिवर्तनशील सीखने का वातावरण प्रदान करेगी जिसमें रोगी का कौशल बहुत तेजी से ठीक हो जाएगा। यह किसी न किसी भूभाग पर दौड़ने जैसा है, जो एक फ्लैट ट्रेडमिल पर दौड़ने की तुलना में पैरों को बेहतर बनाता है। हर दिन एक ही प्रयास के साथ चलने के बजाय, एक व्यक्ति को अनुकूलन, गति और प्रयास को बदलना होगा: यह वास्तव में प्रभावी कसरत होगी।
इसके अलावा, वैज्ञानिकों ने खुद को एक और कार्य निर्धारित करने की योजना बनाई है। यदि अब मुख्य लक्ष्य चयापचय संतुलन (यानी, ऊर्जा की बचत) को चलते समय बचाना था, तो भविष्य में वे अनुकूलन के लिए एक नया लक्ष्य निर्धारित कर सकते हैं: गति। पिछले वर्षों में, वैज्ञानिक अध्ययनों से पता चला है कि एक्सोस्केलेटन वास्तव में चलने पर औसत व्यक्ति की गति बढ़ा सकते हैं। यह जांचने का समय है कि क्या यह चयापचय संतुलन से समझौता किए बिना किया जा सकता है।
किसी भी मामले में, इंटरैक्टिव एक्सोस्केलेटन, जो वॉकर की सांस लेने और उसके चयापचय संतुलन की निगरानी करता है, एक दिए गए कार्यक्रम के अनुसार कार्य करता है - क्या यह भविष्य नहीं है? यहां तक कि एक स्वस्थ व्यक्ति भी इस तरह के उपकरण को मना नहीं करेगा। उदाहरण के लिए, सामान्य मोड में, एक्सोस्केलेटन बस आपके चलने को आसान बनाता है। लेकिन अगर आपको मीटिंग के लिए देर हो रही है, तो टर्बो बटन दबाएं, और एक्सोस्केलेटन गति प्राथमिकता मोड में काम करना शुरू कर देता है।
वैज्ञानिक लेख 23 जून, 2017 को पत्रिका में
प्रकाशित किया गया था (doi: 10.1126 / science.aan5367)।