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械和機器人技術(shù)來幫助我們一些最老的人群保持健康，活躍和獨立。

電氣和計算機工程和機器人與自動化實驗室主任的Yi Guo教授，和助理教授機械工程和可穿戴式機器人系統(tǒng)實驗室主任達米亞諾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動。

郭說："平衡和運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會，并為健康的生活方式做出貢獻。"這些移動機器人旨在引導(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。該計劃是國家科學(xué)基金會為期四年的研究項目的一部分。

"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動，并具有移動機器人技術(shù)的優(yōu)勢，例如更大的計算能力。

該團隊正在開發(fā)算法，融合智能，通俗易懂的鞋內(nèi)傳感器和先進的車載傳感器中的實時數(shù)據(jù)，以告知機器人的導(dǎo)航協(xié)議并控制機器人與老年人互動的方式。這是一種幫助老年人安全地進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)揮實驗室的優(yōu)勢

智能機器人和智能鞋墊的示意圖

擬開發(fā)的集成機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，以實現(xiàn)社交連接能力，并使人與機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，對獨自生活的老年人與家人和朋友進行社交聯(lián)系非常重要，并且機器人同伴還將提供電話會議工具，以直觀，透明的方式進行互動。"

郭說："我們希望使用該機器人實現(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器人，該機器人可以感知，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，我們傾向于在實驗室中工作，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)實生活，否則我們的工作價值有限。看到如何將我們在實驗室中開發(fā)的設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用于真實的人們，這真是令人著迷。"

　在疫情中保持前進

"今年夏天和秋天，學(xué)生們首次驗證了該系統(tǒng)的實時能力，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，就是評估跟隨機器人的人是否正常步行或跌倒的危險。他們還正在為機器人設(shè)計參數(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。"

這些警告實際上會在腳下，因為鞋內(nèi)傳感器會像振動的手機一樣脈動，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，該團隊已在頂級的機器人技術(shù)出版地點發(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國際機器人技術(shù)與自動化大會（ICRA）。這是實現(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生活。