鞋内传感器和移动机器人使老年人保持平衡助力运动

随着生活水平的不断提高，社会人口老龄化也在变得越来越严重，美国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老年人群体保持健康、活跃和独立，研究人员将一个辅助移动机器人伴侣与可穿戴式鞋内传感器结合在一起，该系统旨在帮助老年人维持他们赖以生存的平衡和运动。

研究人员表示：“平衡和运动对于这个人来说可能是重要的问题，如果老年人跌倒并受伤，他们保持健康和运动的可能性就会降低。 因此，他们的适应水平和表现下降。我们的移动机器人伴侣可以通过保持良好的步行功能来帮助减少摔倒的机会，并为健康的生活方式做出贡献。”

移动机器人旨在引导步行和使用鞋内传感器，监视用户的步态，指出问题并调整锻炼速度和步伐。该计划是国家科学基金会为期四年的研究项目的一部分。

“这是我们第一次将可穿戴式传感技术与自动移动机器人相集成，”Zanotto说，他在哥伦比亚大学医学中心与老年人合作了三年，然后于2016年来到史蒂文斯。“将结合起来真是令人兴奋。这些不同的专业领域可以利用可穿戴传感技术的优势，例如精确捕获人类运动，并具有移动机器人技术的优势，例如更大的计算能力。”

该团队正在开发算法，融合来自智能、通俗易懂的鞋内传感器和高级车载传感器的实时数据，以告知机器人的导航协议并控制机器人与老年人互动的方式。这是一种帮助老年人安全地进行步行锻炼并维持其生活质量的有前途的方法。

充分发挥实验室的优势

Guo和Zanotto正在与社交和健康心理学专家Lytle合作，以实现社交连接能力，并使人与机器人之间的双向交互对老年人更加直观，引人入胜且有意义。

Zanotto说：“特别是在COVID期间，对独自生活的老年人与家人和朋友进行社交联系非常重要，并且机器人同伴还将提供电话会议工具，以直观、透明的方式进行互动。”

Guo说：“我们希望使用该机器人实现社交联系，也许将其与Alexa等对话代理集成。” “目标是使它成为一个伴侣机器人，该机器人可以感知，例如，您正在做饭，或者您在客厅里，并且可以帮助您在该处做些事情。”

这是抽象概念如何具有有意义的现实生活收益的有力示例。

“作为工程师，我们倾向于在实验室中工作，试图优化我们的算法，设备和技术，” Zanotto指出，“但最终，除非影响现实生活，否则我们的工作价值有限。看到如何将我们在实验室中开发的设备和技术应用于实际的人们，这真是令人着迷。”

在全球疫情大流行中保持研发进度

尽管COVID-19已推迟了在纽约市一个高级中心进行的计划测试，但并没有阻止该团队的进步。

郭说：“尽管我们还不能对老年人口进行测试，但我们的学生仍在实验室进行测试。” “今年夏天和秋天，学生们首次验证了该系统的实时能力，该能力可以监测和评估步行过程中的动态稳定性余量，换句话说，就是评估跟随机器人的人是否正常步行或跌倒的危险。他们还正在为机器人设计参数，以提供预警和反馈，以帮助人类受试者在行走时纠正姿势和步态问题。”

这些警告实际上会在脚下，因为鞋内传感器会像振动的手机一样脉动，以向对象传递即时的方向信息。

Zanotto说：“我们不是第一个使用这种触觉刺激技术的人，但是这种应用是新的。”

到目前为止，该团队已在顶级机器人技术出版地点发表了论文，包括《神经系统与康复工程的IEEE交易》和2020年IEEE机器人与自动化国际会议（ICRA）。这是实现协同效应的重要一步，这种协同作用使工程师的技术专长可以集中于对生物识别技术的临床关注以及各地老年人的真实生活。