ஒரு மெய்நிகர் உடலுடன் கற்றுக்கொண்ட ஓர் இடுப்புப் புறவன்கூடு

கால்களுக்கான, இயக்கம் கொண்ட புறவன்கூடுகள் (powered exoskeletons), மறுவாழ்வுக்காகவும் ஆரோக்கியமானவர்கள் நடக்க உதவுவதற்காகவும் உருவாக்கப்பட்டு வருகின்றன. இடுப்புக் கருவிகள் குறிப்பாகக் கவர்ச்சிகரமானவை: சமதளத் தரையில் நடப்பதன் நேர்மறை வேலையில் (positive work) பெரும் பங்கை இடுப்புத் தசைகள் செய்கின்றன; எனவே அவற்றுக்கு உதவுவது, வேலையின் பெரும்பகுதியைச் செய்யும் தசைகளின் சுமையைக் குறைக்கும்.

சிரமம் அணிபவரிடம்தான் உள்ளது. ஒரு மோட்டார் ஒரு மூட்டின் மீது தள்ளத் தொடங்கியவுடனே, நடை மாறுகிறது, தசைகள் தம்மை மறுஒழுங்கு செய்துகொள்கின்றன. வழக்கமான தீர்வான “மனிதன்-சுழலுக்குள்” (human-in-the-loop) உகப்பாக்கம், கருவியை ஒவ்வொரு நபரின் மீதும் நேரடியாகச் சரிசெய்கிறது — ஒவ்வொரு புதிய பயனருக்கும் ஒவ்வொரு நிலைக்கும் மீண்டும் செய்யப்பட வேண்டிய நீண்ட சோதனைகள்.

பயிற்சித் துணையாக ஒரு மெய்நிகர் நடப்பவர்

நியூ ஜெர்சி தொழில்நுட்ப நிறுவனத்தைச் (New Jersey Institute of Technology) சேர்ந்த Yifei Yuan, Xianlian Zhou, அவர்களின் சகாக்கள், Kessler Foundation-உடன் இணைந்து, பயிற்சியை ஒரு கணினிக்குள் நகர்த்தினர். அவர்களின் மெய்நிகர் மனிதருக்கு, 304 தசை இயக்கிகளால் (muscle actuators) இயக்கப்படும் முழு உடல் உள்ளது. அதன் உயரம், எடை, தசை வலிமை, அடியெட்டு, நடை வேகம் ஆகியவை, சுமார் 1.55 மீட்டர், 54 கிலோகிராம் முதல் 1.94 மீட்டர், 97 கிலோகிராம் வரை, சீரற்ற முறையில் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன; இதனால் கட்டுப்படுத்தி (controller) ஒரே நபருக்காக அல்லாமல், ஒரு முழு மக்கள்தொகைக்காகக் கற்றுக்கொள்கிறது.

இரண்டு கற்றல் முகவர்கள் (learning agents) ஒரே உருவகப்படுத்தப்பட்ட உலகைப் பகிர்ந்துகொள்கின்றன: ஒன்று உடலைக் கட்டுப்படுத்துகிறது, மற்றொன்று புறவன்கூட்டை. முதலில் உடல் தனியாக நடக்கக் கற்றுக்கொள்கிறது; பின்னர் கருவி பொருத்தப்பட்டு, இரண்டும் ஒன்றுக்கொன்று தகவமைத்துக்கொள்கின்றன. புறவன்கூடு, 40 மில்லிவினாடிகள் தாமதத்துடன், இடுப்புகளின் கோணங்களையும் வேகங்களையும் மட்டுமே பார்க்கிறது — ஒரு சிறிய Raspberry Pi 5 கணினியும் மலிவான இயக்க உணரிகளும் அதை இயக்கும் அளவுக்கு எளிமையானது.

சரியான முயற்சிக்கு வெகுமதி

கருவி எதை இலக்காகக் கொள்ள வேண்டும்? முந்தைய கட்டுப்படுத்திகள், முயற்சிக்கான பதிலிகளான தசை இயக்குவிப்பையோ (muscle activation) இயந்திர வேலையையோ குறைப்பதற்காக வெகுமதி பெற்றன. இங்கே, புறவன்கூட்டின் வெகுமதி, தசைகளின் ஆற்றல் பயன்பாட்டுக்கான ஓர் உடலியல் மாதிரியைக் கொண்டு கணக்கிடப்படும், இடுப்புத் தசைகளின் வளர்சிதை மாற்றத் திறனை (metabolic power) உள்ளடக்கியுள்ளது.

குழுவினர் இரண்டு பதிப்புகளைப் பயிற்றுவித்தனர். ஒன்று, நேர்மறை இயந்திரத் திறனை வழங்கியதற்காக மோட்டார்களுக்கும் வெகுமதி அளித்தது. மற்றொன்று, அந்தக் கூடுதல் உறுப்பு இல்லாமல், உருவகப்படுத்துதலில் சிறப்பாகச் செயல்பட்டது: பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்ட கால் தசைகள் பயன்படுத்திய ஆற்றல், கருவி இல்லாமல் நடப்பதுடன் ஒப்பிடுகையில் 13.8% குறைந்தது; திறன் உறுப்பு கொண்ட பதிப்புக்கு இது 8.8%. மிகப் பெரிய குறைவு இடுப்புத் தசைகளில்: ஏறக்குறைய 30%.

எட்டு நடப்பவர்கள், சரிசெய்தல் இல்லை

சிறந்த பதிப்பு, மாற்றமின்றி, 5.94 கிலோகிராம் எடையுள்ள ஓர் உண்மையான இடுப்புப் புறவன்கூட்டில் ஏற்றப்பட்டது. 18 முதல் 44 வயதுடைய எட்டு ஆரோக்கியமான வயதுவந்தோர், ஒவ்வொரு நிலைக்கும் சுமார் ஆறு நிமிடங்கள், வினாடிக்கு 1.25 மீட்டர் வேகத்தில் ஒரு நடைப்பொறியில் நடந்தனர்; அப்போது ஒரு கையடக்கப் பகுப்பாய்வி அவர்களின் மூச்சை மாதிரி எடுத்து, அவர்கள் பயன்படுத்திய ஆக்சிஜனையும் வெளிவிட்ட கார்பன் டைஆக்சைடையும் அளந்தது.

• அணைக்கப்பட்ட கருவியை வெறுமனே அணிவதே நடையின் ஆற்றல் செலவை 13.1% உயர்த்தியது.
• கட்டுப்படுத்தி இயங்கும்போது, அணைக்கப்பட்ட கருவியுடன் ஒப்பிடுகையில் செலவு 18.3% குறைந்தது — எட்டுப் பங்கேற்பாளர்களில் ஒவ்வொருவரிடமும், 7.2% முதல் 27.7% வரை.
• எந்தக் கருவியும் இல்லாமல் நடப்பதுடன் ஒப்பிடுகையில், சராசரிச் சேமிப்பு 7.4%; எட்டுப் பேரிடையே இது புள்ளியியல் ரீதியாகத் தெளிவாக இருக்க முடியாத அளவுக்கு மாறுபட்டது. எட்டில் ஆறு பேர் கருவி இல்லாததை விடக் குறைந்த செலவில், 24.2% வரை குறைவாக, நடந்தனர்; இருவர் இன்னும் சற்று அதிகமாகச் செலவிட்டனர்.

வேறு விதமாகச் சொன்னால், உதவி உடல் நிறையின் ஒவ்வொரு கிலோகிராமுக்கும் சுமார் 0.63 வாட் நீக்கியது; கருவியைச் சுமப்பது சேர்த்த 0.41-ஐப் போல ஏறக்குறைய ஒன்றரை மடங்கு.

இடுப்பில் ஓர் அகலமான வீச்சு

அணிபவர்களின் இடுப்பு இயக்க வரம்பு 44-இலிருந்து 60 பாகைகளாக வளர்ந்தது, ஏறக்குறைய முழுவதும் மடக்கத்தில் (flexion); அவர்களின் அடியெட்டு வீதம் (cadence) அரிதாகவே மாறியது. உதவி நன்றாக நேரமிடப்பட்டிருந்தது: மோட்டார்கள் வழங்கிய திறனில் 98.5%, இடுப்பு நகர்ந்த அதே திசையிலேயே தள்ளியது; பயன்படுத்தப்பட்ட பதிப்புக்கு அதற்காக ஒருபோதும் நேரடியாக வெகுமதி அளிக்கப்படவில்லை என்றாலும். அதன் சேமிப்புகள், அதே அமர்வில் அதே முறுக்குவிசையில் சோதிக்கப்பட்ட குழுவின் முந்தைய கட்டுப்படுத்தியின் சேமிப்புகளுக்குச் சமமாக இருந்தன.

அடுத்து, இலகுவான வன்பொருள்

ஆசிரியர்கள் வன்பொருளைச் சுட்டிக்காட்டுகின்றனர். அவர்களின் கருவி, உருவகப்படுத்துதலில் பயிற்றுவிக்கப்பட்ட வேறு இரண்டு கருவிகளை (3.2, 2.9 கிலோகிராம்) விட ஏறக்குறைய இரு மடங்கு எடை கொண்டது; மேலும் வசதியாக இருப்பதற்காக, பயிற்சியில் பயன்படுத்தப்பட்ட 18-க்குக் கீழே, 12 நியூட்டன்-மீட்டரில் அது இயக்கப்பட்டது. சிறந்த பொருத்தம் கொண்ட இலகுவான சட்டகம், நடப்பவர்களின் பெரிய குழுக்கள், வேறு வேகங்களும் சரிவுகளும், நடைக் குறைபாடுள்ளவர்கள் — இவையே அடுத்த சோதனைகள்.