科学家创造一种类似靴子的外骨骼 为用户提供个性化的帮助
2022-11-30 12:14:50来源：cnBeta
据The Verge报道，一种新的机器人，类似靴子的外骨骼使用可穿戴的传感器来适应每个穿戴它的人，标志着机器人技术向前迈出了重要一步。周三发表的一份研究报告中描述的这一设备，有助于解决开发帮助人们行走的系统中的一个巨大挑战：每个人的行走方式不同。
斯坦福大学机械工程系副教授兼生物机电实验室主任Steve Collins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。”
外骨骼作为一个概念并不是全新的--研究人员认为它们可以帮助有行动问题的人，或者为从事需要不断运动的工作的人消除一些行走的压力。但是到目前为止，在实验室里工作的设备还没有很好地转化为现实世界的环境。它们往往不方便，难以使用，而且为每个新的人进行个性化定制的过程既昂贵又困难。
斯坦福大学生物机电实验室的团队试图解决这些问题。首先，该设备是独立的。它绑在佩戴者的脚踝和小腿上，由腰部的电池组控制，因此人们能够在外面和正常的日常环境中自由移动。现在，原型包含纠结的电线，连接到鞋子和膝盖下方。该设备在每一步都会点动小腿肌肉，施加力量，给使用者带来助力。
该团队还开发了一种新方法，以简化根据每个人调整外骨骼的过程。通常情况下，外骨骼是通过让人们在实验室的跑步机上行走来安装的，同时密切监测他们的耗氧量和能量消耗等情况。这样一来，就可以对设备进行调整，直到它在适当的时候启动，以帮助减少个人使用的能量。
周三发表在《自然》杂志上的这种新方法，依靠的是以前的一个实验中收集的数据，该实验在数百种不同的条件下跟踪了在实验室中使用外骨骼行走的人。他们利用这些数据建立了一个模型，该模型可以根据嵌入外骨骼的廉价传感器的信息，计算出人们用于行走的能量。
该模型让外骨骼在现实世界的条件下实时学习如何最好地帮助人们行走。该研究在10个人身上测试了该系统，发现它能够在大约一个小时内优化动作。在这个过程中，他们在外面走来走去，同时听到各种提示--比如“像走路去赶公交车那样走路”--这样设备就能适应日常情况下的行走速度。
经过优化后，外骨骼让参与者移动得更快，同时消耗的能量比他们穿正常鞋子要少。研究发现，在参与者在户外行走的真实世界测试中，它相当于脱下了一个20磅的背包。
这项研究只在20岁左右的健康成年人身上测试了外骨骼，所以要确认它是否能帮助那些需要额外帮助的人，如行走缓慢的老年人或从事仓库工人等体力劳动的人，还有很长的路要走。而且该设备是一个原型--在它上市之前仍有很长的路要走。目前还不清楚像这样的外骨骼作为医疗或消费产品可能需要多少钱。研究小组说，尽管如此，表明外骨骼可以改善现实世界环境中的运动，这对机器人技术来说是一个创举。
研究报告的作者和生物工程研究员Patrick Slade在一份声明中说：”我相信，在未来十年里，我们将看到这些个性化的援助和有效的便携式外骨骼的想法帮助许多人克服移动挑战，或保持他们积极、独立和有意义的生活能力。
