AVTOMATIKA, BIOKIBERNETIKA IN ROBOTIKA
- Avtomatika in robotika
- Biokibernetika, biorobotika in biomehanika
Kineziologija in okoljska medicina
Vodja odseka
Dr. Leon Žlajpah, leon.zlajpah@ijs.si
Telefon: (01) 477 35 77
Tajništvo
Marija Trampuž, marija.trampuz@ijs.si
Telefon: (01) 477 35 63
Faks: (01) 477 31 54
Že več let raziskujemo kinematiko človeškega ramenskega sklopa. Izvedli smo najrazličnejše meritve gibanja ramenskega sklopa in izpeljali kinematični model, ki obsega štiri prostostne stopnje v ramenskem obroču in tri v glenohumeralnem sklepu. Na Institutu za rehabilitacijo v Ljubljani uporabljajo program, ki smo ga razvili na osnovi tega modela. Vhodni podatki so gibljivosti posameznih sklepov roke, ki jih dobimo na osnovi meritev, ki jih izvajajo terapevti pri pacientih s patologijo ramenskega sklopa. Program omogoča izračun dosegljivega delovnega prostora roke in njegovo vizualizacijo in kvantifikacijo z različnimi matematičnimi kriteriji. Program naj bi služil kot orodje, ki bo prispevalo k objektivizaciji vrednotenja gibalnih sposobnosti gornje ekstremitete med rehabilitacijskim postopkom pri različnih poškodbah ramena.
Razvili smo biorobotski model navpičnega skoka, ki vključuje biartikularno aktuacijo med kolenom in gležnjem. Z našim modelom lahko dobro napovemo potek in višino skoka ter podrobno raziskujemo posamezne faze skoka. Razviti model smo evaluirali z analizo skoka več preskusnih oseb. Izdelali smo napravo in razvili metodologijo za določevanje viskoelastičnih lastnosti mišičnotetivnega kompleksa triceps surae in vivo. Raziskava je uporabna tako pri razvoju humanoidnih robotov kot v športu, saj je navpični skok eden glavnih preskusov športne pripravljenosti.
Na področju vodenja smo obravnavali problem izvajanja ritmičnega gibanja z robotom. Razvili smo model virtualnega jojota in ga povezali s haptičnim vmesnikom. Namen raziskave je bil analiza strategij za izvajanje ritmičnega gibanja in določitev, katere senzorske informacije so pomembne pri tem – poznanje gibanja objekta, ki ga premika robot, ali poznanje sil, ki nastopajo pri njegovem gibanju. V letu 2004 smo se ukvarjali tudi z raziskovanjem kombiniranega vodenja, ki združuje dva različna načina vodenja, to sta hitrostni in navorni način. Kombinirano vodenje je primerno za uporabo pri redundantnih mobilnih manipulacijskih sistemih in z dodatki omogoča izogibanje oviram v delovnem območju robota. Z uporabo kombiniranega vodenja smo izvedli analizo sledenja trajektoriji v prostoru naloge in v njenem ničelnem prostoru.
V sodelovanju z ATR Computational Neuroscience Laboratories iz Japonske, ki je k tej raziskavi prispevala del sredstev in omogočila izvedbo eksperimentov, smo razvili nove metode za razpoznavanje objektov na humanoidnih robotih. Pri tem smo uporabili biološko utemeljene predstavitve, ki so osnovane na nasprotnih slikah in Gaborjevih filtrih. Procesiranje slik smo realizirali v realnem času in integrirali z gibanjem oči, glave in telesa humanoidnega robota. Rezultat je razvoj in implementacija fiziološko utemeljenih metod za razpoznavanje objektov pri humanoidnih robotih.
Z raziskavami na ljudeh smo (v sodelovanju z Karolinska Institute-om, Švedska, in Univerzo Portsmouth, Velika Britanija) dokazali, da hipoksija poveča prag za zaznavo toplotnih dražljajev na koži in s tem neposredno vpliva na vedenjsko termoregulacijo oziroma na preživetje v ekstremnih razmerah (mrzlem visokogorskem okolju). Vzporedne raziskave so pokazale tudi, kako hormoni lahko vplivajo na toplotne senzorje v telesu in tako tudi na regulacijo telesne temperature pri človeku. Raziskave na področju obremenitvene fiziologije (work/exercise physiology), kjer smo pri enakem absolutnem delu spreminjali relativno delo obremenitve (ishemija, hipoksija, utrujenost itd.), so dokazale, da lahko faktorji, povezani z relativnim delom (npr. koncentracija laktata v krvi itd.), vplivajo na efektorje, odgovorne za izgubo toplote (vazodilatacija, znojenje), in s tem tudi na regulacijo telesne temperature.
V okviru aplikativnih raziskav, ki potekajo v sodelovanju z Alpino, smo razvili programsko opremo, ki omogoča generacijo robotskih trajektorij za nanašanje lepila na podplat čevlja na osnovi CAD- modelov kopita. Velik delež aplikativnih rezultatov v preteklem letu se nanaša na naše sodelovanje pri evropskem projekt Euroshoe. Pri avtomatski generaciji trajektorij iz CAD-modelov je glavni problem, da ne moremo enostavno predvideti, ali bo robot prišel na mejo delovnega prostora, v singularno lego in ali bo prišlo do trka z okoljem. Problem smo rešili z uporabo metod obravnave kinematične redundance manipulatorja. Ta način generacije trajektorij je velikega pomena za vse aplikacije industrijskih robotov, kjer integriramo fazo načrtovanja in proizvodnje.
V sodelovanju z Inštitutom za pomorsko medicino (Velika Britanija) izdelujemo simulator požarne eksplozije (“flash fire”), s katerim bomo ovrednotili požarno varnost protipožarnih zaščitnih oblek. V sodelovanju z Hohenstein Institutom (Nemčija) izdelujemo sistem za simulacijo evaporativne izgube toplote iz površine kože. Sistem bo vključen v simulatorje noge, roke in trupa. S kolegi iz Chiba Univerze in Univerze Meijo (Japonska) smo razvili protokol za ovrednotenje avtonomne in vedenjske termoregulacije pri človeku. Vsi ti dosežki imajo neposredno uporabo v športni medicini, rehabilitaciji in na področju ergonomije pri načrtovanju delovnih mest v industriji in zaščitne opreme.
V okviru programske skupine razvijamo in izdelujemo električne funkcionalne in terapevtske stimulatorje, ki jih uporabljajo po vsem svetu, predvsem pa v praktično vseh rehabilitacijskih centrih v Sloveniji. V zadnjem letu smo večji del raziskav usmerili v obravnavo bolnikov, ki imajo motnje dihanja. Raziskava je potekala v okviru evropskega projekta Cared, ki ga izvajamo skupaj s Kliniko za pljučne bolezni Golnik. Namen raziskave je določiti aktivnost abdominalnih mišic med telesno vajo in vpliv visokofrekvenčne električne stimulacije na utrujanje teh mišic. Ugotovili smo potek periodične dihalne aktivnosti mišic glede na obremenitev in prag pojava. Rezultate bomo uporabili pri biopovratni vezavi in zmanjšanju aktivnosti, relaksaciji oziroma blokiranju abdominalnih mišic pri dihanju.