無法快速行走可能會(huì)令人沮喪和成問題，但這是一個(gè)常見問題，尤其是隨著人們年齡的增長。斯坦福大學(xué)的工程師注意到普遍存在的步行速度比預(yù)期慢，他們測(cè)試了他們開發(fā)的原型外骨骼系統(tǒng)——連接到脛骨和跑鞋——在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中提高了人們的步行速度。

外骨骼由電機(jī)外部供電并由算法控制。當(dāng)研究人員針對(duì)速度對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，參與者的步行速度平均比穿著普通鞋子且沒有外骨骼時(shí)快 42%。該結(jié)果 美國國家科學(xué)基金會(huì)資助的研究發(fā)表在 神經(jīng)系統(tǒng)和康復(fù)工程IEEE交易。

斯坦福大學(xué)機(jī)械工程師、該論文的資深作者史蒂夫柯林斯說：“我們希望通過外骨骼輔助可以提高步行速度，但我們真的很驚訝地發(fā)現(xiàn)了如此大的改進(jìn)——40% 是巨大的。”

對(duì)于這組最初的實(shí)驗(yàn)，參與者是年輕、健康的成年人。鑒于他們令人印象深刻的結(jié)果，研究人員計(jì)劃在未來對(duì)老年人進(jìn)行測(cè)試，并研究可以改進(jìn)外骨骼設(shè)計(jì)的其他方式。他們還希望創(chuàng)造一種可以在實(shí)驗(yàn)室外工作的外骨骼。

“研究任務(wù)是了解人類運(yùn)動(dòng)背后的生物力學(xué)和運(yùn)動(dòng)控制科學(xué)，并將其應(yīng)用于提高人類在日常生活中的身體機(jī)能，”該論文的第一作者 Seungmoon Song 說。“外骨骼是非常有前途的工具，可以提高身體的生活質(zhì)量。”

測(cè)試的腳踝外骨骼系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)M器，可作為試驗(yàn)不同設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)。它有一個(gè)框架，可以固定在上脛骨和參與者穿著的集成跑鞋中。它連接到位于步行表面旁邊的大型電機(jī)上，并拉動(dòng)一條沿著外骨骼后部延伸的系繩。在算法的控制下，系繩將穿著者的腳后跟向上拉，幫助他或她在他或她離開地面時(shí)將腳趾指向下方。

針對(duì)速度進(jìn)行了優(yōu)化的模式——導(dǎo)致步行速度增加了 42%——是通過人工參與的過程創(chuàng)建的。一種算法在用戶行走時(shí)反復(fù)調(diào)整外骨骼設(shè)置，目的是通過每次調(diào)整提高用戶的速度。找到速度優(yōu)化的操作模式需要大約 150 輪調(diào)整和每人兩個(gè)小時(shí)。

“機(jī)器人技術(shù)和外骨骼的進(jìn)步使身體有缺陷和殘疾的人受益，”美國國家科學(xué)基金會(huì)工程理事會(huì)項(xiàng)目主任伊琳娜·多林斯卡婭說。“隨著這些研究人員不斷改進(jìn)他們的設(shè)計(jì)并將測(cè)試擴(kuò)展到更廣泛的人群，這種機(jī)器人腳踝外骨骼具有幫助中風(fēng)相關(guān)行動(dòng)障礙患者的巨大潛力。”

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