ある日、モビリティの問題に対する答えは、ズボンを引っ張るのと同じくらい簡単ですか？ ブリストル大学のジョナサン・ロシター教授が率いる研究チームは最近、他の支援なしで障害者が歩くのを助けることができるロボットズボンのプロトタイプを発表しました。
脊髄損傷のある人が再び手足を動かすのを助ける方法を研究するエンジニアとして、私は、運動能力の喪失が人の生活の質にどのように影響し、その運動の回復がどのように役立つかを強く認識しています。 途方もない数の障害者（英国だけで650万人を超えるモビリティの問題を抱える人々）と高齢化を考えると、モビリティを改善するデバイスは人口の大部分に役立つ可能性があります。
しかし、50年にわたる研究にもかかわらず、この種の技術は研究室の外ではめったに採用されていません。 それでは、ロボットズボンの斬新な開発は、最終的に実用的なモビリティテクノロジーを家庭に持ち込むことになるのでしょうか。
Wallace and Gromitアニメーション映画The Wrong Trousersの硬いロボットデバイスとは異なり、新しいいわゆる「右ズボン」は柔らかい人工筋肉を使用して動きを作り出し、着用者の実際の筋肉を利用します。 これらは、短くなり両端を引っ張るだけで人間の筋肉を模倣して力を生み出します。
いくつかの人工筋肉を束ねることにより、補助ズボンは膝などの関節を動かし、椅子から立ち上がるなどの動作を支援します。 人工筋肉は弾力性があり柔らかいため、強力ではあるが硬くて不快な剛性のロボット外骨格に使用される従来のモーターよりも安全です。
研究者は、人工筋肉を短くして動きを作り出す方法について、いくつかの異なるアイデアを提案しました。 1つの設計では、空気筋肉の概念を採用しています。空気筋肉は、空気で満たされると横に広がり、長さが短くなる効果的なバルーンです。
別の設計案では、電気を使用して、2つの銅板の間に置かれたゲルから作られた人工筋肉を短くします。 ゲルは、高電圧の領域に引き付けられます。 したがって、プレートに2つの異なる電圧を作成すると、ゲルがそれらの1つの周囲で収縮し、それらを互いに近づけて筋肉を短くします。
補助パンツに統合された別の技術は、機能的電気刺激（FES）です。 筋肉の上に戦略的に配置されたズボンに編み込まれた電極は、特別に設計された電気インパルスを身体に送り、脳と筋肉の間の通信チャネルをハイジャックし、筋肉の収縮を直接命令することができます。 既存の筋肉を使用し、脳をバイパスすることにより、補助ズボンは、着用者が自分で使用するのが困難な筋肉を操作することもできます（たとえば、脳卒中のため）。
ズボンは、冷却時に硬化する特別に作られたプラスチック製の膝ブレースのおかげで、長時間立ち続けるのに苦労しているユーザーにも役立ちます。 ブレースの温度を制御することで、膝を動かしたり、所定の位置に固定したりして、筋肉（本物または人工物）に必要な労力をほとんどかけることなく、立った状態を維持できます。
他の機能には、ズボンの着脱を簡単かつ安全にするために、空気の筋肉に似たメカニズムを使用した自動ベルトが含まれます。
研究者は、ズボン全体に埋め込まれたセンサーから着用者の動きと状態に関する情報を受け取り、すべてのシステムを制御してユーザーのニーズに合わせて動きを調整する組み込み電子システムを作成することを提案しています。 エレクトロニクスにより、ユーザーはズボンに直接織り込まれたコントロールを介して動きを制御できます。 課題は、ユーザーの姿勢に応じて、人工筋肉の動きと実際の筋肉の電気刺激のタイミングを計ることです。
残りの課題
右ズボンは、最先端の研究と定評のある技術を単一のプロトタイプに統合するアプローチがユニークです。 ロボットズボンの斬新さは別として、デバイスを実用的な支援技術として非常に魅力的なものにしているのは、多くの異なるユーザーに適応できるという事実です。 これにより、他の以前のベンチャー企業が失敗した場合に広く採用される可能性が高まります。
ただし、これは単なるプロトタイプです。 実用製品はおそらく少なくとも5年先であり、その段階に到達するには重要な質問に答える必要があります。 必要なすべての電力をどこに保存しますか？ どのようにすれば、すべてのシステムを小型化してズボンに埋め込むことができますか？ コントローラーは、ユーザーが歩く現実の環境の絶え間なく変化する複雑さの中でとるべき最善のアクションを予測できますか？
さらに他の技術には、ズボンをさらに改善する可能性があります。 脳の信号を解読できる脳コンピュータインターフェースは、麻痺した人々が再び動くのを助けるシステムで現在使用されています。 思慮深く支援用ズボンを制御することで、多くの人にとって再び一歩踏み出すことが楽になります。
この記事はもともとThe Conversationで公開されました。
Ioannis Dimitrios Zoulias、レディング大学生物医学工学博士研究員
