CubeMarsロボティックアクチュエーターがジョージア工科大学のAI外骨格を駆動、Science Advancesに掲載

人間の移動能力を再定義するAI駆動下肢外骨格とCubeMarsアクチュエーター

ジョージア工科大学は、スタンフォード大学およびペンシルベニア大学と共同で、実環境での歩行効率を向上させることを目的とした先進的なAI駆動外骨格システムを開発しました。この下肢ロボティック外骨格は、最近Science Advances（AI-driven universal lower-limb exoskeleton system for community ambulation[1]）に掲載され、CubeMars AK80-9 KV100ロボットアクチュエータ（定格トルク9Nm、48V、485g）によって完全に駆動され、高効率なトルク制御と精密な動作を実現しています。

AI駆動適応支援：リアルタイム地形感知

リアルタイム環境感知

このシステムは、ディープラーニングアルゴリズムを活用して以下を実現します：

● 300msでの歩行位相推定

● 800ms以内での傾斜検出

-33°から+33°までの地形条件認識，平地、上り坂、階段、下り坂のシナリオを区別

スマート支援モード切替

検出された地形に基づいて、外骨格は自動的にトルク支援戦略を調整します：

エネルギー効率の向上

AI制御により、従来の手法と比較して代謝エネルギー節約が86%向上（6.5% vs 3.5%）、ユーザー満足度は10点満点中7.2点を達成しています。

生体模倣トルク支援：スプリング＆ダンパー制御

上り坂・階段：スプリング様剛性制御

トルクが0.3から1.6 Nm/degまで線形に増加する自然な膝関節スプリングダイナミクスを模倣し、滑らかで効率的な上り坂移動を可能にします。

下り坂：ダンパー様エネルギー吸収

油圧ブレーキを模倣するダンピング戦略を活用し、最大0.16 Nm·s/degの抵抗により、衝撃と関節ストレスを軽減します。

ミリ秒レベルの応答時間

アクチュエーターシステムは100Hz制御周波数で動作し、リアルタイム歩行位相推定に基づいて<2.5%の位相誤差で精密な支援タイミングを確保します。

なぜCubeMarsアクチュエーターが外骨格ロボティクスに最適なのか

AK80-9アクチュエーターの特徴

CubeMars AK80-9ロボティックアクチュエーターは、着用型外骨格に不可欠な軽量設計を実現し、「自重エネルギーコスト」という一般的な問題を解決します。AK80-9パワーモジュールは、高性能ブラシレスモーター、プラネタリーギアボックス、ドライバーを一体化した高集積ソリューションで、高トルクと滑らかな動作を実現します。

上位コンピューターはワンクリックインテリジェントパラメータ識別とServo・MITモード間のシームレス切替をサポートし、チューニングプロセスを大幅に簡素化します。従来の制御を超え、位置・速度・加速度の同期制御を実現しながら、適応型PIDチューニングを備え、複雑さを排除し精密なターゲティングを確保します。

準直接駆動＋ギア減速

9:1ギア比と準直接駆動モーターのユニークな組み合わせにより以下を実現：

● 階段登りのための高トルク出力

● 滑らかで自然な歩行のための低インピーダンス

● ギクシャクした動きのない、シームレスな支援曲線

実環境応用への道筋を開く

この画期的なプロジェクトはオープンソース化され、CADハードウェア設計とAIトレーニングデータセットへのアクセスを提供し、以下の分野での外骨格開発を加速しています：

● 医療リハビリテーション

● 物流・重荷重支援

● 個人移動能力向上

CubeMarsは現在、研究チームと協力して次世代統合アクチュエーターモジュールを共同開発し、外骨格技術を研究ラボから日常の消費者市場へと推進しています。

参考文献：
[1] Science Advances： AI-driven universal lower-limb exoskeleton system for community ambulation