Инженеры создали искусственные ноги, наиболее реалистично копирующие походку человека (видео)

Аспирантка Тереза Клейн (Theresa Klein) и доктор Энтони Льюис (Anthony Lewis) из университета Аризоны создали роботизированные ноги, состоящие из тазобедренного, коленного, голеностопного суставов и девяти "мышц".

Для начала ученые воспроизвели "в металле" работу так называемого центрального генератора упорядоченной активности (CPG). Эта часть нервной системы, находящаяся в поясничном отделе спинного мозга человека, позволяет нам ходить, не задумываясь.

Так, работа этого центра помогает малышам научиться синхронно передвигать ноги, а значит, и научиться ходить. (Нервная система постепенно обучается задействовать обе ноги в общем ритме, определять какова поверхность, на которую ступает нога, чтобы сбалансировать силу, с которой нужно прижимать стопу к полу, и так далее.)

Простейший искусственный CPG включает в себя всего два нейрона, передающих мышцам сигналы возбуждения и торможения, которые в свою очередь могут вырабатываться только парно.

На основе этой упрощённой модели инженеры из Аризоны создали робоноги, приводимые в движение моторами, натягивающими ленты из кевлара. Таким образом учёные повторили сокращения мышц. Каждый искусственный "мускул" при этом был оснащён сенсором, который посылал в CPG информацию о натяжении ленты во время различных фаз каждого шага.

Получается, что новая разработка не просто копирует (контролирует) движение, но и получает ответ от некоторых частей механизма. Это определённо новое слово в робототехнике передвижения.

Восемь моторов, приводящих в движение искусственные мышцы, расположены в верхней части каждой ноги и ещё по одному в коленях. Данный подход позволил распределить вес машины таким образом, чтобы робот (представленный пока лишь в виде нижней части туловища) постоянно наклонялся вперёд. Чтобы вся установка при этом не валилась на пол, её поддерживает специальная стойка.

В отличие от человека походка механического новичка немного жестче, к тому же, он не до конца разгибает колени. "Рост" самоходов с полностью выпрямленными ногами составляет 55 сантиметров, а вес 4,5 килограмма.

Изобретение американцев не просто довольно реалистично воспроизводит походку человека. Оно также демонстрирует работу мышц людей при ходьбе, что может пригодиться в медицине. Например, врачи могут, наблюдая за ней, понять, как люди с повреждениями спинного мозга могут снова начать ходить, какие мышцы нужно должным образом стимулировать после полученной человеком травмы.

Тереза Клейн заявляет, что построенная модель человеческих ног также может лечь в основу более сложного искусственного CPG.

Подробно свои достижения исследователи из США описывают в открытой статье в Journal of Neural Engineering.