測定方法は外骨格の適合性をテストします

外骨格は、その多くがバネやモーターで駆動されており、関節がユーザーの関節と一致していない場合、痛みや怪我を引き起こす可能性があります。これらのリスクを軽減するために、外骨格とそれを身に着けている人がスムーズに調和して動いているかどうかをテストする新しい測定方法が開発されました。

この方法は、コンピューターで生成されたキャラクターに命を吹き込むために映画製作者が使用するモーションキャプチャ技術と同じように、光学追跡システム（OTS）です。 OTSは、光を放射し、対象のオブジェクトに配置された球形のマーカーによって反射されたものをキャプチャする特別なカメラを使用します。コンピューターは、3D空間でラベル付けされたオブジェクトの位置を計算します。このアプローチは、ユーザーに固定された「アーティファクト」と呼ばれる外骨格とテストピースの動きを追跡するために使用されました。

最終的な目標は、これらのアーティファクトを人に装着し、外骨格を装着し、アーティファクトを装着している人と外骨格の違いを比較し、それらが互いに協調して動くかどうかを確認することです。動きが異なる場合や正しくフィットしない場合は、調整を行うことができます。

研究者たちは、体の比較的単純な関節の1つである膝の動きを捉えることを目指しました。新しいアプローチの測定の不確かさを評価するために、彼らはテストベッドとして2本の義足を構築しました。 1つは既製の人工膝を備え、もう1つは本物をより忠実に模倣した3Dプリントされた膝を組み込んでいました。金属板もバンジーコードで脚に固定され、外骨格の手足や体に取り付けられたテストアーティファクトを表しています。脚とプレートにマーカーを固定した後、チームはOTSとデジタル分度器を使用して、可動域全体で膝の角度を測定しました。 2セットの測定値を比較することにより、彼らは自分たちのシステムが脚の位置を正確に追跡できることを確認できました。テストはまた、彼らのシステムが脚と外骨格プレートの別々の動きを計算できることを確立し、研究者が移動中に2つがどれほど密接に整列しているかを示すことを可能にしました。

チームは、実際の人の脚に使用する方法を適応させるために、膝装具のように、ユーザーの太ももとすねにフィットする調整可能なアーティファクトを3Dプリントして設計しました。独自の弾力性と下の収縮筋のために移動する皮膚や、一部の人にとって不快な場合がある肌に密着した衣服とは異なり、これらのアーティファクトは、さまざまな人にマーカーを安定して一貫して配置するための剛性のある表面を提供します。チームは、膝のアーティファクトと反射マーカーで飾られた全身の外骨格を人間の被験者に取り付けました。 OTSを見ながら、被験者は数セットのスクワットを行いました。テストでは、ほとんどの場合、被験者の脚と外骨格が調和して動いていることが示されました。しかし、少しの間、外骨格が動かない間、被験者の体は動きました。これらの一時停止は、この外骨格が機能する方法によって説明できます。

強度を高めるために、人が動くと噛み合ったり外れたりするバネを使用しています。ばねがモードをシフトすると外骨格が一時停止し、ユーザーの動きに一時的に抵抗します。外骨格の機能のニュアンスを検出することで、新しい測定方法は細部への注意を示しました。

生データだけでは、適合が適切かどうかを常に明らかにするわけではありません。彼らの方法の精度を向上させるために、チームは計算アルゴリズムを使用して位置データを分析します。次のステップは、腕、股関節、および基本的に外骨格が一致すると思われるすべての関節のアーティファクトを開発し、同様のテストを実行することです。