给老年人的便利：鞋内传感器和移动机器人

文章转自： IEEE电气电子工程师

In shoe sensor

史蒂文斯理工学院的研究人员正在利用一些最新的机械和机器人技术来帮助我们的老年人保持健康、活跃和独立。

据了解，电气和计算机工程教授兼机器人与自动化实验室主任Yi Guo和机械工程助理教授兼可穿戴机器人系统实验室主任Damiano Zanotto正在与史蒂文斯文理学院助理教授Ashley Lytle和哥伦比亚大学医学中心的Ashwini K. Rao博士合作，将一个辅助移动机器人伴侣与可穿戴的鞋内传感器结合在一起，设计一个系统，帮助老年人维持他们健康生活所需的平衡感和运动能力。

Guo表示：“平衡和运动对这一人群来说是一个重要的问题，如果老年人跌倒并受伤，他们将在很长一段时间内都不太可能保持健康和锻炼了。这样一来，他们的健康水平和表现都会下降。我们的移动机器人同伴可以帮助减少跌倒的几率，并通过保持良好的步行功能来促进健康的生活方式。”

这些移动机器人设计用于引导步行过程，通过鞋内传感器，监测用户的步态，指示问题，并调整运动速度和步速。这项计划是国家科学基金会为期四年的研究项目的一部分。

“我们首次将可穿戴传感技术与自主移动机器人相结合，”Zanotto说，他在哥伦比亚大学医学中心与老年人共事了三年。“将这些不同领域的专业知识结合起来，利用可穿戴传感技术的优势，如精确捕捉人体运动，以及移动机器人技术的优势，例如更大的计算能力，这是令人兴奋的。”

该团队正在开发算法，将来自智能、无干扰的鞋内传感器和先进的车载传感器的实时数据融合在一起，以通知机器人的导航协议，并控制机器人与老年人的互动方式。这是帮助老年人安全地进行步行锻炼和维持生活质量的一种很有前途的方法。

把实验室的好处带到生活中

Guo和Zanotto正在与社会和健康心理学专家Lytle合作，以实现社交连接功能，并使人与机器人之间的双向交互对老年人来说更加直观、有趣和有意义。

“特别是在COVID期间，对于独自生活的老年人来说，与家人和朋友进行社交联系非常重要，”Zanotto说，“机器人伴侣还将提供远程会议工具，以直观和透明的方式提供这种互动。”

“我们希望使用机器人进行社交连接，或许可以将其与Alexa等辅助助手集成，Guo补充道。“我们的目标是让它成为一个同伴机器人，它可以感知，例如，你正在做饭，或者你在客厅里，并帮助你做你想做的事情。”

这是一个很好的例子，说明抽象概念如何在现实生活中产生意义的好处。

“作为工程师，我们倾向于在实验室工作，试图优化我们的算法、设备和技术，”Zanotto指出，“但归根结底，我们所做的只有有限的价值，除非它对现实生活产生影响。看到我们在实验室开发的设备和技术如何应用于现实生活中，这是一件很有趣的事情。”

在全球大流行病中保持平衡

尽管COVID-19推迟了该团队计划在纽约市一个老年活动中心进行的测试，但它并未能阻止团队的进展。

“虽然我们还不能对老年人进行测试，但我们的学生仍在实验室进行测试，”Guo说。“今年夏天和秋天，学生们第一次验证了该系统的实时能力，即监测和评估行走过程中的动态稳定裕度，换句话说，就是评估跟随机器人的人是否能够正常行走或有摔倒的风险。他们还在为机器人设计参数，以便在行走时提供早期警告和反馈，帮助受试者纠正行走时的姿势和步态问题。”

这些警告实际上是在脚下进行传达的，因为鞋里的传感器会像手机一样振动，向目标对象传递即时的方向信息。

Zanotto说：“我们不是第一个使用这种振动刺激技术的人，但这种应用是新的。”

到目前为止，该团队已经在顶级机器人学出版物上发表了论文，包括IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering和2020 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)。这是实现协同效应的一大步 — 将工程师的技术专长用于临床生物识别和各地老年人的真实生活。

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