一項新的研究發現,如果您是士兵、消防員,甚至是徒步旅行者,一套新的軟性機器人套裝有一天可以幫助您搬運重物。
研究人員發現,這款可穿戴機器人或外骨骼套裝,平均可減少約 7% 的能量消耗,同時搬運重物。研究人員表示,該套裝還減少了髖關節、膝關節和踝關節的工作量,而且完全不影響人的步幅。
哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院教授、該研究的資深研究員康納·沃爾什說:“我們的目標不是建立一個賦予某人超能力的系統,而是旨在長時間步行時提供少量幫助,以減少疲勞和受傷風險。”[仿生人:十大技術]
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沃爾什和他的同事們製造的外骨骼套裝不同於剛性外骨骼,甚至不同於炫酷的鋼鐵俠式套裝,它由紡織品和軟性材料組成,可連線到人的腿部、腰部和背部。研究人員表示,這種軟性套裝不會妨礙人們的行動,使他們能夠像沒有負重一樣行走。
使用者只需穿上腰帶、兩條大腿部件和兩條小腿帶,這些部件透過電纜連線到揹包上的兩個電機。電機的能量透過電纜傳輸到套裝,然後再傳輸回人體。
研究人員表示,這種能量隨後會幫助髖關節和踝關節,這兩個關節共同提供了人在行走時腿部關節產生的約 80% 的力量。
為了測試這款套裝,研究團隊檢查了人們在三種不同情況下的運動情況:穿著關閉電源的套裝、穿著開啟電源的套裝以及穿著關閉電源的套裝,並從揹包中移除套裝的重量(14 磅或 6.5 公斤)。
七個人在跑步機上以 3.3 英里/小時(5.4 公里/小時)的恆定速度行走,同時攜帶相當於他們體重 30% 的負重。研究人員使用了動作捕捉技術和生理測量來研究人們在行走時的表現,研究人員說。
研究人員表示,之前的研究發現,當人們搬運重物時,小腿肌肉會更加努力地工作,主要是為了支撐負重和保持平衡。這種增加的肌肉活動與更高的代謝成本有關,這可能導致疲勞、機動性降低和整體效能下降。[觀看外骨骼套裝的影片]
研究人員表示,更重要的是,人們在搬運重物時更容易受傷。他們補充說,這套套裝也很容易穿戴。
沃爾什在電子郵件中告訴《生命科學》雜誌:“感覺腿部肌肉的工作量減少了,如果系統突然關閉,這種感覺會非常明顯。”他還說,此外,這款外骨骼套裝可以幫助軍事人員、急救人員、康復中心的患者,當然還有徒步旅行者。
但不要指望很快就能在市場上看到這款外骨骼套裝。沃爾什說,這仍然是一個研究專案,工程師們仍在調整設計。
他說:“一個很大的未知數是,身體的肌肉和肌腱如何對來自可穿戴機器人的外部幫助做出反應和適應。”“因此,試圖瞭解穿戴者的神經運動系統如何反應的基礎科學研究對於最大限度地發揮可以實現的益處非常重要。”
該研究於今天(5 月 12 日)線上發表在《神經工程與康復雜誌》上。
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