수정된 고성능 러닝화는 인체와 외골격의 기계적 동력 사이의 중요한 전달 다리 역할을 합니다. 연구원들은 신발에 탄소 섬유 플레이트와 전용 케이블 부착 지점을 내장하여 최대 54Nm의 피크 보조 토크를 견디고 전달할 수 있는 인터페이스를 만듭니다. 이러한 수정은 신발의 고유한 쿠셔닝과 구조적 지지력을 효과적으로 활용하여 상당한 기계적 힘을 관리하면서 사용자 안정성을 유지합니다.
이 접근 방식의 핵심 장점은 고출력 전달과 인간의 편안함의 원활한 통합입니다. 엔지니어는 단단한 산업용 브래킷을 사용하는 대신 운동화를 수정함으로써 사용자 피로와 피부 자극을 방지하여 신뢰할 수 있는 실험 데이터를 보장합니다.
인터페이스의 엔지니어링
고토크를 위한 구조적 보강
표준 신발은 외골격에서 발생하는 기계적 힘을 견딜 수 없습니다. 이를 해결하기 위해 고성능 신발은 내장된 탄소 섬유 플레이트로 수정됩니다.
이 플레이트는 밑창에 필요한 강성을 제공합니다. 이를 통해 신발은 하중 하에서 붕괴되거나 변형되지 않고 최대 54Nm의 보조 토크를 전달할 수 있습니다.
직접적인 힘 전달
신발에는 내장된 구조물에 직접 연결되는 전용 케이블 부착 지점이 있습니다.
이는 기계적 힘이 발-지면 인터페이스에 효율적으로 적용되도록 합니다. 연결이 느슨하거나 유연하여 발생하는 동력 손실을 방지합니다.
인간 요인 최적화
운동 쿠셔닝 활용
고성능 러닝화는 충격을 흡수하고 발을 안정시키도록 설계되었습니다.
외골격 실험은 이러한 기존 아키텍처를 활용하여 보행 안정성을 유지합니다. 신발의 내장된 지지 구조는 사용자가 자연스러운 야외 움직임 중에 균형을 유지하도록 돕습니다.
조직 손상 최소화
기존의 외골격 설계는 종종 발 주위에 고정되는 부피가 크고 단단한 브래킷을 사용합니다.
이러한 브래킷은 압력 지점에서 피부 마찰과 불편함을 자주 유발합니다. 수정된 신발은 익숙하고 인체공학적인 인터페이스를 통해 힘을 분산시켜 이 문제를 제거합니다.
절충점 이해
수정의 복잡성
효과적이지만 이 솔루션은 "플러그 앤 플레이"가 아닙니다. 신발 밑창에 경량 프레임을 정밀하게 내장해야 합니다.
이는 특정 신발을 인터페이스로 사용하기 위해 파괴적으로 수정해야 하는 제조 종속성을 만듭니다.
신뢰성 대 익숙함
주요 목표는 사용자의 익숙한 신발 역학을 유지하는 것입니다. 그러나 단단한 플레이트의 도입은 밑창의 유연성을 변경합니다.
엔지니어는 부자연스러운 보행 패턴을 만들지 않기 위해 토크 전달에 필요한 강성과 발의 자연스러운 굴곡 사이의 균형을 맞춰야 합니다.
인터페이스 원칙을 설계에 적용
웨어러블 로봇 공학을 위한 인터페이스를 개발하거나 선택하는 경우 다음을 고려하십시오.
- 주요 초점이 힘 전달인 경우: 고토크 응용 분야에서 에너지 손실을 방지하기 위해 탄소 섬유 플레이트와 같은 단단한 요소의 내장을 우선시하십시오.
- 주요 초점이 데이터 무결성인 경우: 운동화와 같이 익숙한 인터페이스를 사용하여 사용자 불편을 최소화하고 긴 훈련 세션 동안 보행 데이터가 일관되도록 하십시오.
외골격 실험의 성공은 기계의 동력뿐만 아니라 인터페이스가 인간 사용자를 다치게 하지 않고 동력을 전달하는 능력에 달려 있습니다.
요약 표:
| 특징 | 수정 | 외골격 실험에 대한 이점 |
|---|---|---|
| 힘 용량 | 내장 탄소 섬유 플레이트 | 변형 없이 최대 54Nm 피크 토크 처리 |
| 전달 | 케이블 부착 지점 | 직접적인 힘 적용을 보장하고 동력 손실 방지 |
| 사용자 편의성 | 운동 쿠셔닝 | 피부 마찰 및 압력 지점 자극 최소화 |
| 안정성 | 구조적 밑창 보강 | 야외 이동 중 자연스러운 보행 안정성 유지 |
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참고문헌
- Patrick Slade, Steven H. Collins. Personalizing exoskeleton assistance while walking in the real world. DOI: 10.1038/s41586-022-05191-1
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