史蒂文斯和哥倫比亞大學(xué)的多學(xué)科研究人員合作開發(fā)了一種創(chuàng)新的輔助設(shè)備，以幫助老年人保持平衡和運(yùn)動。

史蒂文斯理工學(xué)院的研究人員正在利用一些最新的機(jī)械和機(jī)器人技術(shù)來幫助我們一些最老的人群保持健康，活躍和獨(dú)立。

電氣和計(jì)算機(jī)工程和機(jī)器人與自動化實(shí)驗(yàn)室主任的Yi Guo教授，和助理教授機(jī)械工程和可穿戴式機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任達(dá)米亞諾Zanotto，在史蒂文斯學(xué)院助理教授Arts and Letters和哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的Ashwini K. Rao合作研究中將一個輔助移動機(jī)器人伴侶與可穿戴式鞋內(nèi)傳感器結(jié)合在一起，該系統(tǒng)旨在幫助老年人維持他們賴以生存的平衡和運(yùn)動。

郭說："平衡和運(yùn)動對于這個人來說可能是重要的問題，如果老年人跌倒并受傷，他們保持健康和運(yùn)動的可能性就會降低。" 因此，他們的適應(yīng)水平和表現(xiàn)下降。我們的移動機(jī)器人伴侶可以通過保持良好的步行功能來幫助減少摔倒的機(jī)會，并為健康的生活方式做出貢獻(xiàn)。"這些移動機(jī)器人旨在引導(dǎo)步行，并使用鞋內(nèi)傳感器監(jiān)控用戶的步態(tài)，指出問題并調(diào)整鍛煉速度和步伐。該計(jì)劃是國家科學(xué)基金會為期四年的研究項(xiàng)目的一部分。

"我們首次將可穿戴式傳感技術(shù)與自動移動機(jī)器人相集成，"扎努托說，他在哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心與老年人一起工作了三年，然后于2016年來到史蒂文斯。這些不同的專業(yè)領(lǐng)域可以利用可穿戴傳感技術(shù)的優(yōu)勢，例如精確捕獲人類運(yùn)動，并具有移動機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)勢，例如更大的計(jì)算能力。

該團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)算法，融合智能，通俗易懂的鞋內(nèi)傳感器和先進(jìn)的車載傳感器中的實(shí)時數(shù)據(jù)，以告知機(jī)器人的導(dǎo)航協(xié)議并控制機(jī)器人與老年人互動的方式。這是一種幫助老年人安全地進(jìn)行步行鍛煉并維持其生活質(zhì)量的有前途的方法。

　充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢

智能機(jī)器人和智能鞋墊的示意圖

擬開發(fā)的集成機(jī)器人和可穿戴傳感器系統(tǒng)通過讓受試者參與并提供反饋來指導(dǎo)步行鍛煉。機(jī)器人內(nèi)置傳感器和智能鞋墊相結(jié)合，可提供自主的在線步態(tài)評估。

Guo和Zanotto正在與社交和健康心理學(xué)專家Lytle合作，以實(shí)現(xiàn)社交連接能力，并使人與機(jī)器人之間的雙向交互對老年人更加直觀，引人入勝且有意義。

Zanotto說："特別是在COVID期間，對獨(dú)自生活的老年人與家人和朋友進(jìn)行社交聯(lián)系非常重要，并且機(jī)器人同伴還將提供電話會議工具，以直觀，透明的方式進(jìn)行互動。"

郭說："我們希望使用該機(jī)器人實(shí)現(xiàn)社交聯(lián)系，也許將其與Alexa等對話代理集成。" "目標(biāo)是使它成為一個伴侶機(jī)器人，該機(jī)器人可以感知，例如，您正在做飯，或者您在客廳里，并且可以幫助您在該處做些事情。"

"作為工程師，我們傾向于在實(shí)驗(yàn)室中工作，試圖優(yōu)化我們的算法，設(shè)備和技術(shù)，" Zanotto指出，"但最終，除非影響現(xiàn)實(shí)生活，否則我們的工作價值有限。看到如何將我們在實(shí)驗(yàn)室中開發(fā)的設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用于真實(shí)的人們，這真是令人著迷。"

　在疫情中保持前進(jìn)

"今年夏天和秋天，學(xué)生們首次驗(yàn)證了該系統(tǒng)的實(shí)時能力，該能力可以監(jiān)測和評估步行過程中的動態(tài)穩(wěn)定性余量，換句話說，就是評估跟隨機(jī)器人的人是否正常步行或跌倒的危險(xiǎn)。他們還正在為機(jī)器人設(shè)計(jì)參數(shù)，以提供預(yù)警和反饋，以幫助人類受試者在行走時糾正姿勢和步態(tài)問題。"

這些警告實(shí)際上會在腳下，因?yàn)樾瑑?nèi)傳感器會像振動的手機(jī)一樣脈動，以向?qū)ο髠鬟f即時的方向信息。

"我們不是第一個使用這種觸覺刺激技術(shù)的人，但是這種應(yīng)用是新的，" Zanotto說。

到目前為止，該團(tuán)隊(duì)已在頂級的機(jī)器人技術(shù)出版地點(diǎn)發(fā)表了論文，其中包括有關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)和康復(fù)工程的IEEE Transactions和2020 IEEE國際機(jī)器人技術(shù)與自動化大會（ICRA）。這是實(shí)現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)的重要一步，這種協(xié)同作用使工程師的技術(shù)專長可以集中于對生物識別技術(shù)的臨床關(guān)注以及各地老年人的真實(shí)生活。