脚踝外骨骼可以大大提高步行速度
无法快速行走可能会令人沮丧和成问题，但这是一个常见问题，尤其是随着人们年龄的增长。斯坦福大学的工程师注意到普遍存在的步行速度比预期慢，他们测试了他们开发的原型外骨骼系统——连接到胫骨和跑鞋——在实验环境中提高了人们的步行速度。
外骨骼由电机外部供电并由算法控制。当研究人员针对速度对其进行优化时，参与者的步行速度平均比穿着普通鞋子且没有外骨骼时快 42%。该结果 美国国家科学基金会资助的研究发表在 神经系统和康复工程IEEE交易。
斯坦福大学机械工程师、该论文的资深作者史蒂夫柯林斯说：“我们希望通过外骨骼辅助可以提高步行速度，但我们真的很惊讶地发现了如此大的改进——40% 是巨大的。”
对于这组最初的实验，参与者是年轻、健康的成年人。鉴于他们令人印象深刻的结果，研究人员计划在未来对老年人进行测试，并研究可以改进外骨骼设计的其他方式。他们还希望创造一种可以在实验室外工作的外骨骼。
“研究任务是了解人类运动背后的生物力学和运动控制科学，并将其应用于提高人类在日常生活中的身体机能，”该论文的第一作者 Seungmoon Song 说。“外骨骼是非常有前途的工具，可以提高身体的生活质量。”
测试的脚踝外骨骼系统是一个实验模拟器，可作为试验不同设计的试验台。它有一个框架，可以固定在上胫骨和参与者穿着的集成跑鞋中。它连接到位于步行表面旁边的大型电机上，并拉动一条沿着外骨骼后部延伸的系绳。在算法的控制下，系绳将穿着者的脚后跟向上拉，帮助他或她在他或她离开地面时将脚趾指向下方。
针对速度进行了优化的模式——导致步行速度增加了 42%——是通过人工参与的过程创建的。一种算法在用户行走时反复调整外骨骼设置，目的是通过每次调整提高用户的速度。找到速度优化的操作模式需要大约 150 轮调整和每人两个小时。
“机器人技术和外骨骼的进步使身体有缺陷和残疾的人受益，”美国国家科学基金会工程理事会项目主任伊琳娜·多林斯卡娅说。“随着这些研究人员不断改进他们的设计并将测试扩展到更广泛的人群，这种机器人脚踝外骨骼具有帮助中风相关行动障碍患者的巨大潜力。”
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