Настройка помощи экзоскелета на ходу по предпочтениям пользователя с участием человека в цикле

Помощь людям в ходьбе с меньшими усилиями

Представьте, что вы можете настроить носимый помощник для ходьбы так же просто, как регулируете звук на наушниках. В этом исследовании изучали, могут ли люди быстро научить роботизированное устройство у бёдер помогать ходить так, чтобы это было приятно и требовало меньше энергии, опираясь только на собственные ощущения, а не на сложную лабораторную аппаратуру.

Робот-помощник у бёдер

Исследователи использовали тазобедренный экзоскелет — лёгкую раму с моторами у бёдер, которые помогают движениям ног во время ходьбы на беговой дорожке. Вместо того чтобы инженеры заранее программировали, когда и как устройство должно толкать или тянуть, команде дали каждому испытуемому небольшой пульт. С его помощью они могли смещать четыре ключевых момента в цикле шага, когда экзоскелет менял направление или оказывал наибольшую помощь. На экране перед ними отображались простые кривые профиля помощи, чтобы они видели, как изменения влияют на ощущаемую поддержку.

Разрешая пользователям настраивать собственную поддержку

В исследовании участвовали одиннадцать взрослых без проблем ходьбы. После короткого периода знакомства каждый участник ходил в экзоскелете и с помощью пульта исследовал разные профили помощи. Их просили просмотреть весь диапазон вариантов и остановиться на том, что казалось лучшим и снижало усилия. Жёсткого ограничения по времени не было. В среднем участники опробовали около тридцати разных настроек и потратили примерно одиннадцать минут, чтобы решить, что нашли предпочитаемый режим помощи. Интересно, что они почти всегда меняли только одно время за раз, что указывает на осторожный поэтапный поиск, а не на случайные пробные действия.

Энергетия экономия без сложной математики

Хотя испытуемые полагались только на собственные ощущения, их выбор дал измеримую экономию энергии. Когда экзоскелет использовал предпочитаемый ритм времени человека, энергозатраты при ходьбе снизились примерно на 17 процентов по сравнению с тем же устройством, которое не обеспечивало полезного крутящего момента. С учётом дополнительного веса самого устройства это всё равно означало заметное снижение по сравнению с ходьбой без экзоскелета. Затем исследователи сдвигали каждое из четырёх моментов раньше или позже в цикле шага. Эти сдвиги, даже довольно большие, почти не меняли сбережений энергии, что указывает на то, что выбранные пользователем профили были не только эффективны, но и толерантны к небольшим ошибкам во времени.

Как пользователь по‑прежнему ощущает контроль

Кроме энергозатрат, команда хотела понять, как использование экзоскелета влияет на ощущение контроля над собственными движениями. После ходьбы либо с устройством, установленным на нулевую помощь, либо с их настроенным профилем, участники оценивали утверждения о том, насколько им казалось, что они сами вызывают движение. Как и ожидалось, люди чувствовали больше контроля, когда устройство не помогало активно. Тем не менее даже при частичной помощи оценки заметно снижались, показывая, что толчки и тяги устройства меняют восприятие владения движениями. Это говорит о том, что будущим конструкциям следует уравновешивать физические преимущества с естественностью ощущений движения.

Почему этот подход важен

Исследование показывает, что предоставление пользователям возможности настраивать тазобедренный экзоскелет по ощущениям может быстро дать персонализированную помощь при ходьбе, снижающую энергозатраты до уровней, сопоставимых с более трудоёмкими лабораторными методами. Предпочитаемые настройки сильно различались у разных людей, что подчёркивает необходимость индивидуальной подгонки вместо единого решения для всех. Поскольку метод быстр и не требует громоздкой измерительной аппаратуры, он может сделать экзоскелеты более практичными для пожилых людей, пациентов в реабилитации и тех, кто использует такие устройства в повседневной жизни. Результаты также указывают на перспективу систем, которые будут сочетать обратную связь от пользователя со «смарт»-алгоритмами, создавая помощников для ходьбы, адаптирующихся не только к телу, но и к тому, как каждый человек хочет двигаться.

Цитирование: Schäfer, N., Zhao, G., Li, B. et al. User preference-based human-in-the-loop tuning of exoskeleton assistance during walking. npj Biomed. Innov. 3, 32 (2026). https://doi.org/10.1038/s44385-026-00085-7

Ключевые слова: тазобедренный экзоскелет, помощь при ходьбе, настройка пользователем, человек в цикле, метаболическая стоимость