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IA Revoluciona Exoesqueletos Robóticos, Reduzindo Energia Gasta ao Caminhar, Correr e Subir Escadas

Simulações computacionais para treinar exoesqueletos robóticos com IA ajudaram os usuários a economizar energia enquanto caminham, correm e sobem escadas. Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte demonstraram um novo método que aproveita a inteligência artificial (IA), para esse treinamento com  melhora do desempenho humano. “Este trabalho propõe e demonstra uma nova estrutura de aprendizado de máquina que preenche a lacuna entre a simulação e a realidade para controlar autonomamente robôs vestíveis, melhorando a mobilidade e a saúde dos humanos”, diz Hao Su, autor correspondente de um artigo sobre o trabalho, que será publicado na revista Nature. “Os exoesqueletos têm um enorme potencial para melhorar o desempenho locomotivo humano”, que é professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial na Universidade Estadual da Carolina do Norte.

“No entanto, seu desenvolvimento e disseminação ampla são limitados pela exigência de longos testes humanos e leis de controle artesanal. “A ideia principal aqui é que a IA incorporada em um exoesqueleto portátil está aprendendo a ajudar as pessoas a caminhar, correr ou escalar em uma simulação de computador, sem exigir nenhum experimento”. Especificamente, os pesquisadores se concentraram em melhorar o controle autônomo de sistemas de IA incorporados – que são sistemas onde um programa de IA é integrado a uma tecnologia robótica física. Este trabalho se concentrou em ensinar exoesqueletos robóticos a ajudar pessoas sem deficiências em vários movimentos. Normalmente, os usuários precisam gastar horas “treinando” um exoesqueleto para que a tecnologia saiba quanta força é necessária – e quando aplicar essa força – para ajudar os usuários a caminhar, correr ou subir escadas. O novo método permite que os usuários utilizem os exoesqueletos imediatamente.

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“Este trabalho está essencialmente tornando a ficção científica em realidade – permitindo que as pessoas queimem menos energia enquanto realizam uma variedade de tarefas”. “Desenvolvemos uma maneira de treinar e controlar robôs vestíveis para beneficiar diretamente os humanos”, diz Shuzhen Luo, primeiro autor do artigo e ex-pesquisador de pós-doutorado na NC State. Luo agora é professor assistente na Embry-Riddle Aeronautical University. Por exemplo, em testes com sujeitos humanos, os pesquisadores descobriram que os participantes do estudo usaram 24,3% menos energia metabólica ao caminhar com o exoesqueleto robótico do que sem o exoesqueleto.  Os participantes usaram 13,1% menos energia ao correr com o exoesqueleto e 15,4% menos energia ao subir escadas. “É importante notar que essas reduções de energia são comparando o desempenho do exoesqueleto robótico com o de um usuário que não está usando um exoesqueleto”.

“Isso significa que é uma medida real de quanta energia o exoesqueleto economiza.” Embora este estudo tenha se concentrado no trabalho dos pesquisadores com pessoas sem deficiências, o novo método também se aplica a aplicações de exoesqueletos robóticos voltadas para ajudar pessoas com dificuldades de mobilidade. “Nossa estrutura pode oferecer uma estratégia generalizável e escalável para o desenvolvimento rápido e a adoção generalizada de uma variedade de robôs assistivos tanto para pessoas sem deficiências quanto para indivíduos com dificuldades de mobilidade”. “Estamos nos estágios iniciais de teste do desempenho do novo método em exoesqueletos robóticos sendo usados por adultos mais velhos e pessoas com condições neurológicas, como paralisia cerebral. E também estamos interessados em explorar como o método pode melhorar o desempenho de dispositivos protéticos robóticos para populações de amputados.”

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