用于运动控制的自适应刺激阵列的制作方法

本公开总体上涉及运动性增强系统，并且更具体地涉及使用动态地可配置的电极阵列来个性化和优化运动性增强。

背景技术：

1、对运动序列进行增强是一项复杂的任务，当各种类型的运动增强(诸如电刺激)可以在不同时间被应用于不同肌肉群时，这项任务可以更有效地完成。现有刺激系统在它们可以提供刺激的情况方面是有限的，因为很多刺激系统具有有限数目的电极通道(即，单个阳极/阴极对)。此外，为了刺激不同运动，现有系统需要在身体的必要位置处手动放置电极。因此，现有系统只能刺激相当于系统中电极通道数目的数目的独立运动。现有系统还需要人工将电极放置在正确位置。不正确的放置可能很难检测或纠正，因为现有系统不能测量受刺激运动的质量来指示放置是不正确的。因此，需要一种刺激机制，该机制允许对如何通过刺激的配置和定制两者来施加刺激以及刺激如何起作用(例如，改变阳极/阴极对)进行表达控制。

技术实现思路

1、本文中描述的可穿戴刺激阵列和运动性增强系统实现个性化和动态的运动刺激。可穿戴刺激阵列包括电极多路复用器(mux)，该mux实现阵列的电极的动态重新配置，以便以各种角色中的一个或多个角色(例如，阳极、阴极或断开连接)进行操作。运动性增强系统将运动模型(例如，机器学习模型)应用于由可穿戴刺激阵列处的传感器所采集的测量结果。该模型可以针对各种运动中的每个运动确定致动指令。例如，该模型可以确定针对步态周期中每个运动的电刺激，以使得电信号能够从一组电极流动到另一组电极，其中电极配置可以针对每个运动而改变。

2、运动性增强系统可以校准可穿戴刺激阵列，从而为穿戴了阵列的用户定制默认或广义致动。例如，运动性增强系统可以遍历各种电刺激(例如，在阳极与阴极之间重新配置电极角色，调节电信号的幅度，等等)，并且使用对由相应电刺激引起的受刺激运动的用户反馈来重新训练运动模型。通过监测受刺激运动并且将监测的运动与目标运动进行比较以调节致动以满足用户的当前身体状态，运动性增强系统可以在使用期间(例如，在校准之间)进一步优化致动。可穿戴刺激阵列可以集成到衣物中以便于使用，并且可以在初次穿戴时被重新校准以相应地刺激接触的肌肉群。这些结构和功能特征为用户提供了运动刺激，该运动刺激针对相应用户而个性化，在用户身体行为变化(例如，由于疲劳或运动障碍症状的发作)时随时间被优化，对于日常使用和服装集成是实用的，并且对于增加的舒适性和安全性是非侵入性的。

3、在一个实施例中，一种可穿戴刺激阵列包括可配置电极的集合，可配置电极的集合中的每个可配置电极被配置为当可穿戴刺激阵列被用户穿戴时接触用户的身体的表面的不同部分。可穿戴刺激阵列还包括电源、存储表示运动集合的运动模型的存储器、以及控制器，控制器耦合到可配置电极的集合、存储器、以及电源。控制器被配置为：针对运动集合中的第一运动，将来自电源的电力配置为在第一电极与第一组电极之间流动，使得第一电极被配置为作为阳极操作。控制器还被配置为：针对运动集合中的第二运动，将来自电源的电力配置为在第一电极与第二组电极之间流动，使得第一电极被配置为作为阴极操作。

4、可穿戴刺激阵列的控制器还可以被配置为基于以下项中的一项或多项来确定运动集合中的每个运动：肌电图(emg)数据、惯性测量单元(imu)数据、脚底压力信号、或上下文，在该上下文下发生运动。配置的电力可以是电信号，并且控制器还可以被配置为调节电信号的频率、幅度或脉宽中的一项或多项。可配置电极的集合中的一个或多个电极可以被配置为在提供刺激与测量emg数据之间交替。运动集合中的运动可以表示步态周期的阶段。

5、可穿戴刺激阵列可以包括耦合到控制器的传感器，诸如心率传感器、imu传感器或压力传感器。控制器可以接收从传感器采集的测量结果，并且使用所接收的测量结果来检测用户穿戴了可穿戴刺激阵列。在一些实施例中，控制器可以使用多个传感器测量用户活动数据，用户活动数据包括皮肤电流响应、心率或呼吸率中的一项或多项。控制器然后可以使用所测量的用户活动数据来确定用户在运动期间所经历的疲劳程度，并且基于疲劳程度来调节所配置的电力。

6、在一些实施例中，可穿戴刺激阵列包括imu传感器或脚部压力传感器。控制器可以使用imu传感器或脚部压力传感器来测量运动，并且存储表征所测量的运动的数据。所存储的数据可以被应用于运动模型以刺激运动或者被用于表征用户的运动轮廓。控制器还可以测量由可穿戴刺激阵列刺激的运动，其中该运动是使用imu传感器或脚部压力传感器来测量的。控制器可以将所测量的受刺激运动与表示神经典型运动的预定运动进行比较，基于该比较对所测量的运动进行评分，并且基于该评分来重新训练运动模型。

7、可穿戴刺激阵列的控制器可以被配置为创建训练集，该训练集包括与相应运动致动指令相关联的所测量的运动数据，其中每个运动致动指令指定要从给定电极传输到不同电极的电信号。控制器然后可以使用训练集来训练运动模型。在一些实施例中，控制器可以通过以下操作重新训练运动模型：从用户接收指示对由可穿戴刺激阵列刺激的运动的认可度量的反馈，并且调节受刺激运动与致动指令之间的关联。例如，响应于所接收的反馈指示对受刺激运动的认可度量为高，控制器可以增强受刺激运动与致动指令之间的关联，该致动指令启用从第一电极到第二电极的电信号。在上述示例中，响应于所接收的反馈指示对受刺激运动的认可度量为低，减弱受刺激运动与致动指令之间的关联。

8、可穿戴刺激阵列的控制器还可以被配置为：针对运动集合中的第三运动，将来自电源的电力配置为经由第一电信号在第一电极与第二电极之间流动并且经由第二电信号从第三电极流动到第四电极。第二电信号可以由控制器响应于启用第一电信号来启用，并且第一电信号的脉宽与第二电信号的脉宽的比率是预定的。在一些实施例中，控制器可以提供用于在图形用户界面(gui)处显示的信息，该信息描述以下项中的一项或多项：所配置的电力、第一组电极或第二组电极。控制器可以经由gui接收对可配置电极的集合中要启用的电极的用户选择。响应于接收到用户选择，将第一组电极或第二组电极中的一项或多项改变为包括用户选择的电极，并且基于用户选择来重新训练运动模型。

9、可穿戴刺激阵列还可以包括耦合到控制器的相机。相机可以被配置为捕获描绘由用户进行的运动的图像，并且将所捕获的图像提供给控制器，控制器可以确定所描绘的运动是运动集合中的运动。控制器还可以基于捕获的图像、以及从耦合到可穿戴刺激阵列的imu传感器或脚部压力传感器捕获的运动数据，来确定用户正在执行运动。在一个实施例中，可穿戴刺激阵列耦合到紧身裤，使得可配置电极的集合接触用户的腿。在另一实施例中，可穿戴刺激阵列可以耦合到袜子或鞋垫，使得可配置电极的集合接触用户的脚。

10、在一个实施例中，本文中描述的一种用于校准可穿戴刺激阵列的方法包括初始化包括多个电极的可穿戴刺激阵列。可以访问模型，其中该模型被配置为针对运动集合中的每个运动，启用从电极中的第一组电极到电极中的第二组电极的对应电信号，以刺激由用户进行的运动。响应于使用可穿戴刺激阵列使用所访问的模型来刺激运动集合中的由用户进行的运动，从用户接收指示对受刺激运动的认可度量的反馈。通过基于所接收的反馈重新训练所访问的模型来校准可穿戴刺激阵列，以至少针对运动集合中的受刺激运动来改变对应电信号、第一组电极和第二组电极中的一项或多项。

11、所测量的运动数据可以表示从一般用户群体测量的神经典型运动。模型可以使用具有与相应致动指令相关联的所测量的运动数据的训练集来训练。为了基于所接收的反馈来重新训练所访问的模型，可以调节受刺激运动与致动指令之间的关联(例如，基于对受刺激运动的认可度量来增强或减弱该关联)。

12、该模型可以被配置为基于以下项中的一项或多项来启用对应电信号：emg数据、imu数据、脚底压力信号、测量的运动的疲劳程度、或受刺激运动将在其中发生的上下文。可以基于用户、可穿戴刺激阵列在用户的身体上的位置、一天中的时间或用户的位置中的一项或多项来确定受刺激运动将在其中发生的上下文。该模型可以被配置为基于所确定的上下文来启用对应电信号。可以使用电极中的一个或多个电极来测量emg数据，其中该模型被配置为基于emg数据来启用对应电信号。

13、可以使用可穿戴刺激阵列的imu传感器或脚部压力传感器中的一项或多项来测量用户的运动。所测量的运动可以包括来自用户的关节的所测量的力。表征所测量的运动的数据可以被存储并且被应用于模型以刺激运动或者被用于表征用户的运动轮廓。在一些实施例中，所测量的运动可以与表示影响运动的疲劳的预定运动进行比较。可以基于该比较来确定测量的运动的疲劳程度，其中该模型被配置为基于疲劳程度来启用对应电信号。

14、在一些实施例中，可以通过改变用于刺激运动的对应电信号的频率、幅度或脉宽中的一项或多项来确定电信号。电信号可以通过电极对的排列来顺序地启用。在电信号中的电信号的相继启用之间可以发生暂停，以允许用户提供对由所启用的电信号刺激的运动的反馈。可穿戴刺激阵列可以通过基于所接收的对由电信号刺激的运动的反馈来重新训练所访问的模型而被校准。在一些实施例中，可穿戴刺激阵列可以通过跟踪用户在没有阵列的帮助的情况下执行运动的进度来校准。用户运动可以使用可穿戴刺激阵列的传感器来测量，其中用户运动表示用户在没有刺激的情况下执行给定运动。运动进度可以使用所测量的用户运动来确定，并且所访问的模型可以还基于运动进度被重新训练。