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每日消息!科學家創造一種類似靴子的外骨骼為用戶提供個性化的幫助

2022-10-13 09:35:52 來源：cnBeta.COM

據The Verge報道，一種新的機器人，類似靴子的外骨骼使用可穿戴的傳感器來適應每個穿戴它的人，標志著機器人技術向前邁出了重要一步。周三發表的一份研究報告中描述的這一設備，有助于解決開發幫助人們行走的系統中的一個巨大挑戰：每個人的行走方式不同。

斯坦福大學機械工程系副教授兼生物機電實驗室主任Steve Collins說：“當人們在現實世界中正常行走時，這種外骨骼可以提供個性化的幫助。”

(資料圖)

外骨骼作為一個概念并不是全新的--研究人員認為它們可以幫助有行動問題的人，或者為從事需要不斷運動的工作的人消除一些行走的壓力。但是到目前為止，在實驗室里工作的設備還沒有很好地轉化為現實世界的環境。它們往往不方便，難以使用，而且為每個新的人進行個性化定制的過程既昂貴又困難。

斯坦福大學生物機電實驗室的團隊試圖解決這些問題。首先，該設備是獨立的。它綁在佩戴者的腳踝和小腿上，由腰部的電池組控制，因此人們能夠在外面和正常的日常環境中自由移動。現在，原型包含糾結的電線，連接到鞋子和膝蓋下方。該設備在每一步都會點動小腿肌肉，施加力量，給使用者帶來助力。

該團隊還開發了一種新方法，以簡化根據每個人調整外骨骼的過程。通常情況下，外骨骼是通過讓人們在實驗室的跑步機上行走來安裝的，同時密切監測他們的耗氧量和能量消耗等情況。這樣一來，就可以對設備進行調整，直到它在適當的時候啟動，以幫助減少個人使用的能量。

周三發表在《自然》雜志上的這種新方法，依靠的是以前的一個實驗中收集的數據，該實驗在數百種不同的條件下跟蹤了在實驗室中使用外骨骼行走的人。他們利用這些數據建立了一個模型，該模型可以根據嵌入外骨骼的廉價傳感器的信息，計算出人們用于行走的能量。

該模型讓外骨骼在現實世界的條件下實時學習如何最好地幫助人們行走。該研究在10個人身上測試了該系統，發現它能夠在大約一個小時內優化動作。在這個過程中，他們在外面走來走去，同時聽到各種提示--比如“像走路去趕公交車那樣走路”--這樣設備就能適應日常情況下的行走速度。

經過優化后，外骨骼讓參與者移動得更快，同時消耗的能量比他們穿正常鞋子要少。研究發現，在參與者在戶外行走的真實世界測試中，它相當于脫下了一個20磅的背包。

這項研究只在20歲左右的健康成年人身上測試了外骨骼，所以要確認它是否能幫助那些需要額外幫助的人，如行走緩慢的老年人或從事倉庫工人等體力勞動的人，還有很長的路要走。而且該設備是一個原型--在它上市之前仍有很長的路要走。目前還不清楚像這樣的外骨骼作為醫療或消費產品可能需要多少錢。研究小組說，盡管如此，表明外骨骼可以改善現實世界環境中的運動，這對機器人技術來說是一個創舉。

研究報告的作者和生物工程研究員Patrick Slade在一份聲明中說：”我相信，在未來十年里，我們將看到這些個性化的援助和有效的便攜式外骨骼的想法幫助許多人克服移動挑戰，或保持他們積極、獨立和有意義的生活能力。“

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