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노스캐롤라이나 주립대학교 연구진은 인공지능(AI)과 컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 로봇 외골격을 훈련시켜 사용자가 걷고, 달리고, 계단을 오르는 동안 에너지를 자동으로 절약할 수 있도록 돕는 새로운 방법을 시연했습니다.

"이 연구는 인간의 이동성과 건강을 향상시키기 위해 웨어러블 로봇을 자율적으로 제어하기 위해 시뮬레이션과 현실 사이의 격차를 해소하는 새로운 기계 학습 프레임워크를 제안하고 시연합니다."라고 출판될 논문의 교신 저자인 Hao Su는 말합니다. 6월 12일자 일기장 자연.

"외골격은 인간의 기관차 성능을 향상시킬 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다"라고 노스캐롤라이나 주립대학교 기계 및 항공우주 공학과 부교수인 Su는 말했습니다. "그러나 이들의 개발과 광범위한 보급은 장기간의 인간 테스트와 손으로 만든 통제법에 대한 요구 사항으로 인해 제한됩니다.

Su는 "여기서 핵심 아이디어는 휴대용 외골격에 구현된 AI가 컴퓨터 시뮬레이션에서 사람들이 걷고, 달리고, 오르는 데 도움을 주는 방법을 학습한다는 것입니다."라고 Su는 말합니다.

특히 연구진은 AI 프로그램이 물리적 로봇 기술에 통합된 시스템인 구현된 AI 시스템의 자율 제어를 개선하는 데 중점을 두었습니다. 이 작업은 로봇 외골격에게 신체가 건강한 사람을 다양한 움직임으로 돕는 방법을 가르치는 데 중점을 두었습니다. 일반적으로 사용자는 걷거나 뛰거나 계단을 오르는 데 얼마나 많은 힘이 필요한지, 그리고 언제 해당 힘을 적용해야 하는지 기술이 알 수 있도록 외골격을 "훈련"하는 데 몇 시간을 소비해야 합니다. 새로운 방식을 통해 사용자는 외골격을 즉시 활용할 수 있습니다.

Su는 "이 작업은 본질적으로 공상 과학 소설을 현실로 만들어 사람들이 다양한 작업을 수행하면서 에너지를 덜 소모할 수 있게 해줍니다"라고 말했습니다.

논문의 제1저자이자 NC State의 박사후 연구원이었던 Shuzhen Luo는 "우리는 인간에게 직접적인 혜택을 주기 위해 웨어러블 로봇을 훈련하고 제어하는 ​​방법을 개발했습니다."라고 말했습니다. Luo는 현재 Embry-Riddle Aeronautical University의 조교수입니다.

예를 들어, 인간을 대상으로 한 테스트에서 연구원들은 연구 참가자들이 외골격 없이 걸을 때보다 로봇 외골격을 걸을 때 대사 에너지를 24.3% 적게 사용한다는 사실을 발견했습니다. 참가자들은 외골격을 달릴 때 에너지를 13.1% 적게 사용했고, 계단을 오를 때 에너지를 15.4% 적게 사용했습니다.

Su는 "이러한 에너지 감소는 로봇 외골격의 성능을 외골격을 착용하지 않은 사용자의 성능과 비교한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다."라고 말합니다. "이것은 외골격이 얼마나 많은 에너지를 절약하는지에 대한 진정한 척도라는 것을 의미합니다."

이 연구는 건강한 사람을 대상으로 한 연구원의 작업에 초점을 맞추었지만 새로운 방법은 이동 장애가 있는 사람들을 돕는 것을 목표로 하는 로봇 외골격 응용 프로그램에도 적용됩니다.

"우리의 프레임워크는 신체가 건강한 사람과 이동 장애가 있는 사람 모두를 위한 다양한 보조 로봇의 신속한 개발과 광범위한 채택을 위한 일반화 가능하고 확장 가능한 전략을 제공할 수 있습니다."라고 Su는 말합니다.

"우리는 노인과 뇌성 마비와 같은 신경 질환이 있는 사람들이 사용하는 로봇 외골격에서 새로운 방법의 성능을 테스트하는 초기 단계에 있습니다. 또한 이 방법이 로봇 보철 장치의 성능을 어떻게 향상시킬 수 있는지 탐구하는 데에도 관심이 있습니다. 절단 장애인 인구를 위해."

이 연구는 1944655 및 2026622 보조금에 따라 국립과학재단(National Science Foundation)의 지원을 받아 수행되었습니다. 국립 장애, 독립 생활 및 재활 연구 연구소(90DPGE0019 및 Switzer Research Fellowship SFGE22000372); 및 국립보건원(National Institutes of Health)(수상 1R01EB035404).

Shuzhen Luo와 Hao Su는 이 작업에서 논의된 컨트롤러와 관련된 지적 재산의 공동 발명자입니다. Su는 또한 외골격을 개발하는 Picasso Intelligence, LLC의 공동 창립자이자 재정적 이해관계를 갖고 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/06/240612113302.htm