Механика, эргономика и управление движением мягких экзоскелетов для промышленного и медицинского применения

Предметом исследований будет разработка мягких экзоскелетов нового поколения, алгоритмов управления ими в условиях производства при непосредственном контакте с человеком, синтез движений и обеспечение их статической и динамической устойчивости, определение требований к системе информационного обеспечения человеко-машинного интерфейса.Исследования будут направлены на разработку экзоскелетов нижней средней и верхней частей тела и других носимых роботов, способных разгружать опорно-двигательный аппарат человека при работе с тяжелым инструментом, выполнении длительных работ в статических позах, манипулировании тяжелыми предметами, точном перемещении объектов различной формы и структуры, работе в заранее не полностью определенной среде. При разработке экзоскелетов будут использоваться новые материалы, которые могут обеспечить комфортное взаимодействие с человеческим телом. Мягкие экзоскелеты можно будет использовать не только для дополнения возможностей здоровых людей, но и для людей с мышечной слабостью или страдающими физическими и невролгическими расстройствами опорно-двигательного аппарата. По сравнению с традиционными экзоскелетами такие системы имеют ряд преимуществ: суставы пользователя не ограничены внешними жесткими структурами, а носимая часть экзоскелета чрезвычайно легка - эти свойства минимизируют непреднамеренное вмешательство экзоскелета в естественную биомеханику тела и обеспечивают синергетическое взаимодействие с пользователем. Важным аспектом исследований в рамках проекта являются исследования в области эргономики и биомеханики человека, к ним в том числе относятся: определение факторов риска при работе с тяжелыми предметами, исследование краткосрочных и долгосрочных эффектов при выполнении монотонно повторяющихся задач (определение рисков профессиональных заболеваний опорно-двигательного аппарата), определение численных показателей комфорта и производительности пользователя. К задачам проекта относятся: разработка быстро реконфигурируемых многоприводных систем, позволяющих обеспечить передачу крутящего момента без использования жестких внешних конструкций; интеграция датчиков (гироскопы, акселерометры, датчики давления, IMU) с мягкой структурой экзоскелета для определения ключевых циклов в движении пользователя и восстановления кинематики и динамики; разработка надежного адаптивного человеко-машинного интерфейса и системы управления; исследование биомеханики системы пользователь-экзоскелет на предмет выявления влияния экзоскелета на естественную динамику движений.Синтез управления в таких условиях относится к области создания продвинутых систем с элементами искусственного интеллекта и представляет собой актуальную и еще далеко не решенную задачу. Предполагается использование динамических свойств самой управляемой системы, а также оператора и предметов манипулирования для достижения требуемого целевого состояния. Будут исследованы биоинспирированные подходы к управлению механическими системами многих тел. В целом по проекту ожидается получение новых фундаментальных результатов в области управляемого синтеза движений нмягких экзоскелетов, способных совместно с человеком решать сложные двигательные задачи при больших статических и динамических нагрузках в условиях работы на производстве. Технологии мягких экзоскелетов являются одним из возможных решений демографических и производственных проблем. Они в полной мере могут решать задачу повышения производительности труда за счет уменьшения утомляемости трудящегося и повышения общей безопасности рабочего места за счет сокращения вредных факторов статического и динамического напряжения.