机器人外骨骼帮助人们行走

数百万人的身体状况使得行走困难。还有数百万人将剧烈运动作为工作的一部分。被称为外骨骼的可穿戴机器人设备可以帮助腿部运动，这对这两组人都有好处。在实验室环境中，这种设备帮助人们在消耗更少能量的情况下走得更快。但是各种各样的障碍阻碍了这些设备的日常使用。

为了使行走性能得到最好的改善，外骨骼必须适应个人用户的需求。这样做通常需要大量关于用户运动和新陈代谢率的数据。收集这些数据需要昂贵的实验室设备和在跑步机上行走数小时。对于消费者医疗设备来说，这将是昂贵且不切实际的。

美国国立卫生研究院(nih)资助的斯坦福大学研究小组由史蒂文·柯林斯(Steven Collins)博士领导，他们开发了一种外骨骼，可以在用户正常行走时迅速适应。这项工作在自然2022年10月12日。

首先，研究人员开发了一个从运动数据估计相对代谢率的模型。这使得外骨骼可以从可穿戴传感器获取行走过程中所需的所有数据，从而避免了在实验室收集数据的需要。研究人员将他们的模型建立在大量运动和代谢数据的基础上，这些数据是在之前的实验中收集的，当时人们在不同的条件下行走。

该团队测试了基于他们模型的外骨骼如何适应用户。然后，他们将其与实验室测量结果进行了比较。这两种方法在不同的速度下施加相似的力，并在一系列条件下减少类似的努力。但是基于模型的适应只花费了基于测量的适应的四分之一的时间。

接下来，研究人员创造了一种可在脚踝上佩戴的便携式外骨骼，可以在现实世界中使用。外骨骼由腰部佩戴的电池组供电。每走一步，一个马达在脚踝处提供扭矩，帮助使用者蹬动。

该团队在户外公共人行道上对该设备进行了测试。在一个小时的时间里，参与者戴着外骨骼走规定的路线。他们以不同的速度在短时间内行走，以模仿典型的现实世界的行走模式。

与穿着普通鞋子走路相比，外骨骼走路速度提高了9%，平均消耗的能量减少了17%。这相当于卸下一个20磅重的背包所节省的能量。当在跑步机上以恒定速度行走时，使用者消耗的能量最多可减少23%，相当于卸下一个30磅重的背包。

柯林斯说:“当人们在现实世界中正常行走时，这种外骨骼可以提供个性化的帮助。”“这导致了步行速度和能源经济的显著改善。”

合著者斯科特·德尔普博士补充说:“这为更广泛地使用外骨骼打开了大门，以帮助身体有障碍的人，以及像消防员这样需要负重的人。”

相关视频:https://www.youtube.com/watch?v=-vTk-TRN0C8