Cadeira de rodas robótica inteligente oferece autonomia e controle aprimorados

Avanços recentes nos campos da interação infraestrutura humana, engenharia eletrônica, robótica e inteligência artificial (IA) abriram novas possibilidades para o desenvolvimento de tecnologias assistidas e médicas. Isso inclui dispositivos que podem ajudar indivíduos com deficiências físicas e cognitivas, apoiando -os ao longo de suas atividades diárias.

Pesquisadores da Universidade de Michigan desenvolveram recentemente a Conav, uma cadeira de rodas inteligente controlada por meio de uma estrutura baseada no sistema operacional de robô (ROS). A nova cadeira de rodas, apresentada em um artigo sobre o arxiv O servidor de pré -impressão pode ajudar a melhorar a qualidade de vida de indivíduos que são temporariamente ou permanentemente incapazes de andar, permitindo que eles se movam no ambiente mais intuitivamente e autonomamente.

“A inspiração para este trabalho decorre de um desafio mais amplo na mobilidade assistiva para pessoas com deficiência (PWD)”, disse Vineet Kamat, autor sênior do artigo, ao Tech Xplore.

“A mobilidade desempenha um papel fundamental na vida independente, na participação social e na qualidade de vida geral. Embora as cadeiras de rodas (PWCs) tenham melhorado a mobilidade para muitos usuários, eles ainda apresentam desafios operacionais, levando a dificuldade em navegar em ambientes complexos”.

A maioria das cadeiras de rodas desenvolvidas no passado é totalmente autônoma ou só pode ser controlada manualmente pelos usuários. Ambos os tipos de soluções têm suas limitações, com cadeiras de rodas autônomas geralmente com um desempenho ruim em ambientes dinâmicos e controlados manualmente sendo difíceis de operar para pessoas com deficiências de mobilidade.

A equipe da Universidade de Michigan decidiu desenvolver uma nova cadeira de rodas inteligente que poderia superar as deficiências das soluções existentes. A cadeira CONAV, a cadeira de rodas que desenvolveu, permite que os usuários controlem parcialmente sua operação, mas também pode navegar autonomamente em ambientes.

“Nosso objetivo principal era projetar uma cadeira de rodas inteligente que equilibra a autonomia e o controle do usuário, permitindo a navegação eficiente, mantendo a confiança do usuário”, disse Carol Menassa, autora sênior do artigo.

“Nossa abordagem está fundamentada na idéia de que a mobilidade assistiva deve ser uma parceria entre o usuário e o sistema inteligente, em vez de um processo totalmente autônomo ou totalmente manual. Essa estrutura humana no loop promove maior confiança, usabilidade e acessibilidade, Ajudar a PWD a navegar na vida diária com maior facilidade e confiança “.

A cadeira CONAV difere das cadeiras de rodas totalmente autônomas introduzidas no passado, que foram encontradas para se mover de maneira menos eficaz em ambientes complexos e dinâmicos. Em vez de sempre operar autonomamente, o presidente recém -desenvolvido da equipe permite uma experiência de navegação colaborativa.

“Para realizar esse controle compartilhado, adotamos um método moderno de controle chamado Model Preditivo Control (MPC), que atua como o sistema inteligente de tomada de decisão para a cadeira de rodas”, explicou Yifan Xu, pesquisador de estudantes e primeiro autor do estudo. “Em termos simples, ao projetar corretamente a função de custo, o MPC prevê continuamente o melhor movimento com base na entrada do usuário e nos dados ambientais”.

A cadeira de rodas inteligente desenvolvida pela equipe da Universidade de Michigan possui vários componentes subjacentes, incluindo a estrutura da cadeira, as rodas, um joystick e vários sensores. Os usuários podem indicar a direção em que gostariam que a cadeira se movesse movendo o joystick.

“A cadeira de rodas também possui sensores (lidar, câmera, IMU) que detectam obstáculos, paredes e caminhos”, disse Xu. “Usando esses sensores, gera um caminho ideal para o destino desejado”.

Notavelmente, a nova cadeira de rodas oferece a possibilidade de controle adaptativo. Essencialmente, isso significa que, em vez de sempre seguir as instruções fornecidas pelos usuários através do joystick ou ignorá -los totalmente, ele combina essas direções em seu próprio plano de navegação.

Além disso, se os usuários frequentemente fornecerem orientações sobre onde gostariam que a cadeira se mova (ou seja, direcionando ativamente a cadeira), a cadeira de rodas aprende a priorizar sua entrada sobre o plano de navegação criado. Por outro lado, quando os usuários param de oferecer instruções através do joystick, o sistema assume o controle para permitir a navegação segura e suave.

“Conav tem várias vantagens únicas”, disse Kamat. “Em primeiro lugar, reduz o esforço do usuário, pois as pessoas que o usam não precisam corrigir constantemente seus movimentos como faria ao usar cadeiras de rodas manuais. Além disso, pode impedir colisões, evitando de maneira inteligente obstáculos enquanto ainda segue as intenções do usuário”.

Comparado a outros designs de cadeira de rodas inteligentes introduzidos no passado, o Conav foi projetado para fazer com que os usuários se sintam mais no controle, aumentando sua confiança na cadeira e melhorando sua experiência geral. Ao misturar o controle autônomo e manual, a cadeira torna a navegação mais suave e mais intuitiva, reduzindo movimentos abruptos e correções de trajetória.

“Ao combinar a intenção do usuário e a navegação orientada pela IA, o presidente da Conav cria uma experiência mais natural, eficiente e amigável para cadeira de rodas, melhorando a mobilidade e a independência da PWD nos ambientes cotidianos”, disse Menassa.

A equipe de pesquisa avaliou sua cadeira em uma série de experimentos do mundo real realizados em um ambiente interno que incluía obstáculos estáticos e dinâmicos (ou seja, em movimento). Suas descobertas foram muito promissoras, pois Conav parecia superar as cadeiras de rodas totalmente autônomas e controladas manualmente em termos de eficiência, segurança e satisfação do usuário.

“O sistema reduz movimentos abruptos, levando a uma experiência mais natural e confortável para os usuários”, explicou Xu. “As cadeiras de rodas manuais tradicionais podem ser difíceis de controlar em espaços apertados, levando a colisões frequentes com objetos próximos. Em contraste, as cadeiras de rodas totalmente autônomas às vezes congelam ao encontrar obstáculos em ambientes dinâmicos. Nossa abordagem de controle compartilhada combina a entrada do usuário com a prevenção de obstáculos em tempo real, levando a menos colisões e uma navegação mais bem -sucedida “.

Os pesquisadores descobriram que a Conav também permitia que os usuários atingissem o destino desejado mais rápido que as cadeiras de rodas que só podem ser operadas manualmente. As pessoas que experimentaram a cadeira durante as avaliações da equipe também relataram se sentir mais confortáveis ​​e confiantes ao usar a cadeira de rodas dos pesquisadores, pois achavam que ainda estavam no controle de seus movimentos, além de se beneficiar de seus recursos de navegação autônomos quando necessário.

“A cadeira CONAV poderia ser usada para apoiar indivíduos com deficiências motoras, proporcionando uma maior independência”, disse Kamat. “No futuro, poderá ser implantado nos centros de saúde e reabilitação, ajudando pacientes com lesões temporárias que podem não ser capazes de usar uma cadeira de rodas totalmente manual, mas ainda querem algum nível de controle”.

No futuro, o presidente da Conav poderia ser comercializado e implantado em ambientes de assistência médica para ajudar as pessoas com deficiências físicas temporárias ou permanentes. Além disso, à medida que as cidades se tornam mais inteligentes e conectadas, a cadeira pode ser conectada a outros auxiliares de navegação baseados em IoT, como pedestres inteligentes, elevadores ou sistemas de orientação interna, permitindo que os usuários se movam com segurança em paisagens urbanas.

A equipe de pesquisa agora está trabalhando para melhorar ainda mais as capacidades da Conav e avaliar seu desempenho. Em breve, eles planejam realizar testes com um grupo mais diversificado de usuários, incluindo pessoas com níveis variados de prejuízos de mobilidade.

“Como parte de nossos próximos estudos, também planejamos desenvolver uma estrutura de controle compartilhada socialmente consciente, permitindo que a cadeira de rodas navegue em ambientes lotados, considerando o movimento de pedestres”, acrescentou Menassa. “Além disso, gostaríamos de aprimorar a interface do usuário da cadeira, integrando entradas multimodais (por exemplo, sinais de EEG e rastreamento ocular) para suportar uma gama mais ampla de usuários”.

© 2025 Science X Network