美国科学家开发出能在行走和跑步时协助伸展髋部,让穿着者更省力的动力服(exosuit)。这种动力服由腰部和大腿上的织物部件,以及下背部由演算法控制的制动系统组成。
根据Wyss Institute报道,该研究团队成员来自哈佛大学(Harvard) Wyss生物启发工程研究所(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)、John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)、内布拉斯加州大学奥马哈分校(University of Nebraska Omaha)。

新技术:美国科学家开发出能让走路和跑步更轻松的动力服-肽度TIMEDOO

研究人员表示,平均而言,在跑步机上进行室内测试中,穿着该动力服的受测者行走代谢率降低了9.3%,跑步的代谢率降低了4%。而该动力服在上坡行走、不同的行走速度和室外测试期间也表现良好。

这款动力服是作为美国国防高级研究计划局(DARPA) Warrior Web计划的一部分而开发,是该团队多年研究和优化软型外骨骼技术的成果。与其过去的多关节动力服相比,这款动力服设计更简单、重量更轻,仅5公斤,且其重量的逾90%靠近身体的质心。

它透过电缆制动系统协助穿着者。制动线缆在腰带和大腿包裹物之间施加张力,以在髋关节处产生外部延伸扭矩。研究人员表示,这种集中重量的方法,结合灵活的服装介面,最大限度地减少了对穿着者的能量负担和运动限制。

该团队须解决的主要挑战是动力服需能区分步行和跑步步态,并相应地改变其制动设定档,并在步态週期的正确时间提供适当助力。

在行走过程中,身体质心(质心所在的位置、质量中心)会在脚跟踩到地面后向上移动,然后在站立阶段的中间达到最大高度,并在站立阶段结束时下降;在跑步中,质心的运动恰好相反。它在站立阶段的中间下降到最小高度,然后重新向上移。

研究人员指出,他们利用这些生物力学见解来开发步态分类演算法。通过使用感测器监测个体质心的加速度,能稳健可靠地检测步态之间的转换。一旦检测到步态转换,动力服会自动调整其制动设定档的时间,以协助其他步态。

该团队正致力于进一步减轻动力服的重量、增加个性化协助和提高易用性,好继续将其应用于一系列应用,包括协助有步态障碍的人、从事易受伤的体力活的工人,或是爱好运动的人士。


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来源:Wyss Institute

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