고감도 족저 압력 감지 깔창은 현대 재활 외골격의 감각 기반 역할을 합니다. 여러 개의 박막 압력 센서를 활용하여 지면 접촉 타이밍, 지지력 분포 및 사용자 무게 중심 궤적에 대한 중요한 실시간 데이터를 캡처합니다. 이 데이터는 외골격 제어 시스템의 기본 입력으로 사용되어 사용자의 움직임 의도를 "이해"할 수 있게 합니다.
이 깔창의 핵심 기능은 물리적 압력을 실행 가능한 데이터로 변환하여 외골격 제어 시스템이 보행 단계를 정확하게 식별하고 환자의 실제 보행 상태에 따라 지원 또는 저항을 지능적으로 조절할 수 있도록 하는 것입니다.
압력 데이터를 동작 제어로 변환
재활 외골격의 효과는 인간 사용자와의 동기화 능력에 크게 좌우됩니다. 고감도 깔창은 인간의 움직임과 로봇의 반응 사이의 간극을 메웁니다.
실시간 데이터 수집
깔창에는 여러 개의 박막 압력 센서가 내장되어 있습니다.
이 센서는 발이 지면에 닿는 시점과 떨어지는 시점에 대한 정확한 타이밍을 지속적으로 모니터링합니다.
동시에 발 전체의 지지력 분포를 매핑하고 무게 중심(CoG) 궤적을 추적합니다.
정확한 보행 단계 구분
외골격이 자연스럽게 걷기 위해서는 사용자가 보행 주기 중 어느 단계에 있는지 정확히 알아야 합니다.
제어 시스템은 압력 데이터를 사용하여 보행 단계 구분을 수행합니다.
이 과정은 입각기(체중을 지지하며 발이 지면에 있는 단계)와 유각기(공중에서 앞으로 움직이는 발 단계)를 구분합니다.
지능형 보행 계획
보행 단계가 식별되면 제어 시스템은 지능형 보행 계획에 착수합니다.
이를 통해 시스템은 단순히 미리 설정된 루프를 따르는 것이 아니라 필요한 이동 궤적을 예측할 수 있습니다.
실시간 압력 변화에 반응함으로써 시스템은 외골격이 환자와 조화롭게 움직이도록 보장합니다.
동적 지원 및 저항
이 데이터 처리의 궁극적인 목표는 올바른 기계적 반응을 제공하는 것입니다.
다른 단계 동안 외골격은 필요에 따라 지원(환자의 움직임을 돕는 것) 또는 저항(근육 강화)을 제공할 수 있습니다.
이러한 조절은 압력 감지 깔창이 제공하는 정확한 입력에 전적으로 의존합니다.
중요한 의존성 및 절충
고감도 깔창은 고급 제어를 가능하게 하지만, 이에 의존하는 것은 재활 시스템에 특정 의존성을 도입합니다.
센서 보정 의존성
보행 계획의 "지능"은 수신하는 원시 데이터만큼만 좋습니다.
박막 센서의 드리프트 또는 감도 손실은 무게 중심 궤적 계산을 잘못되게 만듭니다.
이는 보행 단계의 오인식으로 이어져 외골격이 잘못된 시점에 힘을 가하게 만들 수 있습니다.
실시간 처리의 복잡성
여러 데이터 포인트(타이밍, 힘, CoG)를 처리하려면 강력한 제어 시스템이 필요합니다.
지연에 대한 여유는 전혀 없습니다. 시스템은 압력 데이터를 처리하고 기계식 모터를 즉시 조정해야 합니다.
센서가 압력 변화를 감지하는 것과 외골격이 반응하는 것 사이의 지연은 환자를 불안정하게 만들 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
재활 훈련의 효과를 극대화하려면 감지 기술이 임상 목표와 일치하는지 확인해야 합니다.
- 환자 안전이 주요 초점인 경우: 외골격이 균형 이동을 즉시 감지하도록 고해상도 CoG 추적 시스템을 우선시하십시오.
- 능동 재활이 주요 초점인 경우: 압력 데이터를 사용하여 저항을 조절하는 시스템을 찾아 수동 보행뿐만 아니라 근력 훈련을 가능하게 하십시오.
고감도 압력 감지의 통합은 단단한 기계를 환자의 특정 회복 요구에 적응할 수 있는 반응형 파트너로 바꿉니다.
요약 표:
| 주요 기능 | 재활 외골격에 미치는 영향 |
|---|---|
| 실시간 데이터 수집 | 지면 접촉, 힘 분포 및 CoG 궤적을 즉시 캡처 |
| 정확한 보행 단계 구분 | 정확한 타이밍을 위해 입각기와 유각기 구분 |
| 지능형 보행 계획 | 사용자 움직임 의도 예측, 압력 변화에 동적으로 반응 |
| 동적 지원 및 저항 | 실시간 환자 요구에 따라 지원 또는 강화 조절 |
| 향상된 환자 안전 | 고해상도 CoG 추적, 균형 이동 즉시 감지 |
| 능동 재활 지원 | 저항 조절 가능, 근육 강화 및 회복 촉진 |
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참고문헌
- Shuang Qiu, Zhiyong Tang. Systematic Review on Wearable Lower Extremity Robotic Exoskeletons for Assisted Locomotion. DOI: 10.1007/s42235-022-00289-8
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