Бионик үе хөдөлгөөний ялгаатай хурданд хэрхэн адаптируулж буй?

Алхалтын хурдны хувьд хүний алхалт биомеханик

Алхалтын хурднаас хамаарах алхалтын фазын хугацаа болон үеийн үеийн кинематик өөрчлөлтүүд

Хүмүүс хурдан алхах үед хөдөлгөөний хэлбэр нь бага зэрэг өөрчлөгдөж байдаг. Хоёрхон алхамуур секундыд 0.8 - 1.2 метр орчим алхамаар ихэнх цагийг нь хөрсөн дээр өнгөрүүлдэг. Бид ихэнх нь 1.2-1,6 м/с-ийн хэвийн алхалттай харагдана гэж үздэг хурдтай үед л өөрчлөгдөж эхэлдэг. Нэг хөл дээр зогсож өнгөрүүлсэн цаг хугацаа нь бүхэл бүтэн циклын 60 хувьтай багасдаг бөгөөд буудлын үеэр буудлын үеэр 45 градус хүртэл 65 градус хүртэл илүү их буурах нь бий. Энэ нь хөлөө илүү цэвэршүүлж, алхамыг нь урт болгодог. Гэхдээ хурд нь 1.6 м/с-ээс дээш болсны дараа зогсох хугацаа 55%-аас багасдаг. Энэ нь бие махбодийн биеийн үр ашигтай алхахын тулд аяны төгсгөлд нурууны сунгалыг маш сайн хянах хэрэгтэй гэсэн үг юм. Эдгээр өөрчлөлтүүд нь бидний булчин, мэдрэлийн хамтын ажиллагааны үр дүнг харуулж, ямар ч хурдан хөдөлгөөн хийхэд тэнцвэрт байдлыг хадгалахын зэрэгцээ эрчим хүчийг хэмнэж чаддаг.

Кинетик адаптацийн үйл явц: Өвдөгт хүчний момент, хаткүүрлэл ба чадалд хийгдэх зохицуулалт

Өвдөг нь хөдөлмүүр үр дүнд хүртэмүүр байхын тулд хурдад мэдэрч хийгдэх механик гаралтын зохицуулалт хийдэг:

• Хүчний моментын профил : Удаан (1.0 м/с) ба хурдан (1.8 м/с) алхалт хооронд өвдөгт хүчний моментын пик утга хоёр дахин нэмэгддэг — 0.4-с 0.8 Н·м/кг хүртэл — жингийн хүлээн авах үед ба төгсгөл станс фазын үед төвлөрдөг
• Үеийн хаткүүрлэл : Хурд нь ихсэх үед дунд станс фазын үед үеийн хаткүүрлэл 32%-иар нэмэгддэг, илүү их ачааллын хурдны нөлөөнд хөлд тогтвортой байдлыг бэхжүүрлэхүүн
• Эрчим хүчний үйлдвэрлэл : Алхалтын үед өвдөгт чадал 1.0-с 1.8 м/с хүртэл 150%-иар нэмэгддэг, хөлд хөдөлмүүр үйл явцыг хурдасгаж

Нийтдээ, эдгээр кинетик зохицуулалтууд алхам-алхам хоорондын шилжилтийн үед механик энергийн алдагдалыг хамгийн бага байлгана. Хурд нь 0.1 м/с-ийн хэмжээгээр нэмэгдэх тусам өвдөг нь төвд центр-массын траекторийг тогтмол хадгалахын тулд нэмэлт ~8 Ж чист механик ажил хийдэг — бионик өвдөгт хийгдэх дизайнд биологийн алхалтын үнэн зөвийг давтаж хийгдэх үндэсний хэмжүүр.

Бионик өвдөгт үеийн адаптацийн механизм

ИМУ болон газрын урвалын хүчний сенсор ашиглан бодит цагт хурдны үнэлгээ

Өнөөдөр адаптив бионик үе мөчнүүд хурдны тодорхойлолтыг сенсорын нийлүүлэлт гэж нэрлэдэг зүйлд үндэслэн тасралтгүй тодорхойлж чаддаг. Эдгээр төхөөрөмжүүд ИМУ (инерциал хэмжилтийн нэгж) ашиглан биеийн ялгаатай хэсгүүдийн хөдөлгөөний хурдыг, мөн огторгуйд бүхлээр авч үзсэн байршлыг хяналтанд держит, үүнд 0,01 секунд тутамд өгөгдөл цуглуулдаг. Нарийн төвөгтэй сенсорууд — хүч-мэдрэхүүн бүхий эсүүд нь тулгуурлаж буй үед хөл газарт ямар хүчтэй дарж буйг хэмждэг. Протезүүдийн доторх ухаалаг программахан бүх тухайн мэдээллийг нийлүүлж, хурдыг 0,05 секундаас бага хугацаанд тооцож гаргаж өгдаг. Түүн дагуу үе мөч нь дараагийн алхамд шаардагдах хүчийг цагтаа тохируулж чаддаг. Түүн дагуу хэрэглэгчид янз бүрийн алхам хурдны хооронд шилжих үед аюулгүй байдлын хувьд ямар нэг хойшлогдож буй мэт мэдрэмжгүй, мөн тогтвортой байдлыг хадгалж чаддаг.

Фаз-синхрон удирдлага: Тулгуурлаж буй үед тогтвортой байдал vs. Алхам хийх үед нугалах тусламж

Хяналт-шинжилгээний үйл ажиллагааны арга нь биологийн үйл ажиллагааны үндсэн дээр алхалт хийх үе шаттай хуваагдана. Хэн нэгэн хөл дээрээ зогсож байхад, систем нь бага зэрэг хөдөлгөөн хийхэд 35 хувиар тэсвэртэй болдог. Энэ нь бага зэрэг дасан зохицуулагдах бөмбөгт нөлөөлж, жинг тэсвэртэй тэсвэртэй байлгахад тусалдаг. Гэхдээ хөдөлгөөний бүсэд гол анхаарлыг хөлөө хурдан алхах чиглэлд шилжүүлнэ. Микро процессор нь эсэргүүцлийг 28 хувиар бууруулж, уян хатан байдлыг илүү үр ашигтай болгодог. Бодит туршилтаар хийсэн туршилтаар энэ хоёр хэсгийн арга нь тогтмол эсэргүүцлийн тохируулгатай хуучин системтэй харьцуулахад өөр өөр хурдны хооронд шилжих үед эрчим хүчний зардал бараг 20% -иар буурдаг байна. Мөн бууны хөдөлгөөнийг хөдөлгөөнгүй хүмүүсийн хөдөлгөөнтэй төстэй байлгаж, хатуу газар, уулархаг газарт алхахдаа ч хэвийн 5 градусын хүрээнд байдаг.

Адаптив бионик бууны булангийн үйл ажиллагааны клиникийн баталгаажуулалт

Элэгний туршилтаас харахад эдгээр ухаалаг бионик нуруу нь тэдэнд хэрэгтэй хүмүүст үнэхээр нөлөөлж байна. Тэд хэр сайн ажилладаг вэ гэдгийг харвал алхамын тэнцвэр, алхахад зарцуулсан хүч, саад бэрхшээлийг даван туулах чадвар зэрэг нь бодит амьдралд илүү үр дүнтэй байдаг. Энэ систем нь талын нэг хэсэг нь алга болсон хүмүүсийн хувьд говь руу явах эсвэл алхмын хурдац өөрчлөгдөх үед энгийн протезтэй харьцуулахад 12-18 хувиар эрчим хүчний хэрэглээг бууруулдаг. Хамгийн чухал нь хэрэглэгчид юу гэж хэлдэг вэ. 2025 онд хийсэн нэгэн том судалгаагаар 10 оролцогчдын 9 нь энэ өвчнөөр өвдсөн бууны дараа хотод эргэн тойронд нь илүү өөртөө итгэлтэй явдаг байсан байна. Мөн тэдгээр нь илүү аюулгүй мэт санагддаг бөгөөд туршилтаар хэн нэгэн газар дээр ямар нэгэн гэнэтийн зүйл дээр унаж унахаас сэргийлэхэд тусалдаг гэсэн. Энэ бүх судалгааны үр дүнд нэг зүйл илэрсэн байна. Энэ хурдны зохицуулалтын систем нь хүмүүсийг илүү чөлөөтэй хөдөлгөөнд оролцоход болон чухал газар тогтвортой байхыг дэмжих жинхэнэ шинэчлэл юм.

Ухааны бионик үеийн удирдлагад гарч буй шинэ трендүүд

Урьдчилан таамагласан хурдны адаптацийн хүрээнд ЭМГ-д суурилсан зорилго таних

Хамгийн сүүлийн үеийн системүүд нь одоо булчингийн үлдсэн хэсгээс гадаргын ЭМГ-ын дохио ашиглан бие нь өөрөөр хөдөлж эхлэхээс өмнө хэн нэгэн нь алхмын хурдац өөрчлөгдөхөд бэлэн болохыг таамаглаж байна. Эдгээр машин суралцах програм нь микро секундэд үрэгддэг жижигхэн булчингийн дохионуудыг судалж, тэдгээрийн хүчтэй, ямар давтамжтай ажилладаг талаар шалгаж, дараа нь ямар хүч, эсэргүүцлийг өөрчлөх шаардлагатай болохыг тодорхойлохэд тусалдаг. Энэ урьдчилан таамаглах удирдлага үйл ажиллагаагаа эхлүүлэхэд хөл нь хөрс дээр гарахаас өмнө нурууны талыг хагас секундээс хоёр секунд хүртэл буулгадаг. Энэ нь ч бас ялгаатай - туршилтаар хүмүүс хурдны солилцооны үед хөл хоорондын тэнцвэргүй байдлыг багатайгаар явдаг байсан нь харагдаж, зүйл болсон дараа л хариу үйлдэл үзүүлсэн хуучин системүүдээс 18%-ийн өсөлт (өрөгдөлт биомеханикийн судалгааны судалгаагаар) Энэ бүхэн систем нь асуудлуудыг эхлээд илрүүлэхээс өмнө зохицуулж байгаа учраас болж байна.

• Уран гулгалтын хүчин чадал газар дээрээс илүү өндөр хол байхын тулд
• Сэлбэг-фаз хомсдол хурдан бууруулах үйл ажиллагааг тогтворжуулах

ЭМГ-ээр дамжуулан зохицох нь өөрчлөлттэй хурдтай алхах үед бодисын солилцооны зардлыг 12% -иар бууруулдаг бөгөөд хоцрогдсон хариу үйлдлийн протезүүдтэй холбоотой нөхөн төлбөрлөх хөдөлгөөнийг арилгадаг.

Дараагийн үеийн загвар: Хяналтгүй хурдны хэмжээнд өөрчлөлттэй импедансын хөдөлгөөн

Гибрид цуврал эластик хөдөлгөгч болон магнитореологийн буудалтын интеграц

Орчин үеийн бионик бууны загвар нь одоо биологийн систем хэрхэн ажилладагтай төстэй бодит цаг хугацааны импиденцын модуляцийг олж авахын тулд цуврал эластик хөдөлгөгч эсвэл SEA-уудтай магнитореологийн ампулятор гэж нэрлэдэг. SEA хэсэг нь алхмын янз бүрийн үе шаттаараа хадгалагдсан уян хатан эрчим хүчийг барьж, гаргадаг. Үүний зэрэгцээ MR-ийн угаагч нь доторх тусгай давхаргын хатуужилтыг өөрчлөх цахилгаан магнитын удирдлагаар эсэргүүцлийн түвшинг өөрчилдөг. Энэ нь хэн нэгэн хэр хурдан хөдөлж байгаагаас шалтгаалан хатуу байдал, угаах чадвар нь нарийвчлан тохирох боломжийг олгодог. Өнгөрсөн жил "Journal of Bionic Engineering" сэтгүүлд нийтлэгдсэн судалгаагаар энэ хослол нь уламжлалт хатуу хөдөлгөөнтэй аргуудын харьцуулахад алхалттай алхалттай алхахад эрчим хүчний хэрэглээг 40 хувиар бууруулдаг байна. Эдгээр дэвшилтэт протезүүдээс авах зарим гол ашиг нь:

• Динамик импедансын нийцүүлэлт : Хувьцааны механикын автоматаар газар нутаг, хурдны шаардлагыг хангах
• Мөргөлдөөнийг шингээх : MR-д унах нь өндөр хурдтай үед бууны цохилт багасдаг
• Эрчим хүчийг дахин боловсруулах : SEA нь буцалтгүй байх үед буцалтгүй байх үе үеийн хөдөлгөөнийг туслах эргэлтийн хүч рүү хувиргадаг

Хөгжинтэй импедансын хяналт нь 0.52.1 м/с-ийн хооронд хүчин чармайлтгүй хэмжээг хадгалах, гар аргаар дахин калибрлахгүйгээр бараг төрөлхийн кинематикийг хадгалах, биологийн булчин-тэндийн нэгжүүд нь хөдөлгөөнт эрэлтэд хариулахын

Давтамжтай асуултууд:

Хурдан замаар засах замын үе шатны өөрчлөлтийн гол ашиг нь юу вэ?

Тэмцээний хамааралтай өөрчлөлт нь бууны булангийн хөдөлгөөнийг сайжруулж, эрчим хүчний зардал багасгаж, янз бүрийн алхалттай тэнцвэрт байдлыг хадгалахын тулд бүхэлд нь алхалттай байдлыг сайжруулдаг.

Орчин үеийн бионик гутлынх нь алхалт хэрхэн тооцох вэ?

Бионик нуруу нь мэдрэгчүүдийн нэгдлийг ашиглаж, IMU-ууд болон хүчтэй мэдрэмжтэй эсэргүүцлийн өгөгдлийг хольж, алхмын хурдыг тодорхойлж, тогтвортой байдал, үр ашгийг хадгалахын тулд бодит цаг хугацаанд тохируулж байна.

Гибрид цуврал эластик хөдөлгөөнт болон магнитореологийн утааг бууруулах нь бионик нуруудад ямар дэвшил авчирдаг вэ?

Эдгээр компонентууд нь протезийн үр ашиглалтыг даруй сайжруулж, биологийн үйл ажиллагааг дүүрэн дуурилж, динамик импедансын тохируулалт, хүчдлийн шингээлт ба энергийн дахин ашиглалт зэрэг үйлдлүүдийг нарийн бодит цагт хянахыг хангана.