到目前为止,支持运动的便携式机器人系统有一个特点:它们无法适应穿戴者的相应运输方式。现在,研究人员首次展示了一种具有人体运动“感觉”的系统:它们轻巧而灵活的机器人裤子可以自动适应各自的步态,因此可以为步行和跑步提供有效的动力支持。开发人员说,该概念可用于例如步行困难的中风患者的康复。

从轻松的散步到快速的冲刺:众所周知,人的步态涵盖了多种速度并遵循不同的动作。我们通常选择以一定速度消耗最少能量的模式:慢速运动时,步行模式中的新陈代谢率低于赛车中。相反,在高速下,跑步时的新陈代谢率低于快速行走时的新陈代谢率。这就是为什么我们从一定速度自动从步行模式切换到跑步模式,反之亦然。

挑战“换档”

在支持运动的机器人系统的开发中,这种切换和两个步态的不同生物力学已被证明是一个巨大的挑战。研究人员已经开发出可以通过机械支持提供额外动力的机器人防护服-但是,到目前为止,或者-由于两个步态的移动顺序不同,因此没有实际的系统可以同时支持步行和跑步。

此外,先前模型中的结构刚度进一步限制了穿着者的自然运动自由度。最终,适用以下条件:余额必须为正。最重要的是,只有在其性能超过由重量,笨重的结构和缺乏适应性所造成的负荷时,机器人服才是可行的。剑桥哈佛大学的康纳·沃尔什(Conor Walsh)领导的研究人员的新概念代表了所有这些方面的重要进步。

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灵活方便的支持

正如您所解释的,您的系统从一个对于行走和跑步都很重要的过程开始。髋部区域的运动始于脚接触地板的时间。它由重约5公斤的机器人服支撑。它可以像一条裤子一样穿着,由坐在腰部和大腿上的织物元素以及附接到下背部的控制单元组成。电池驱动的电动机通过电缆在髋部安全带和大腿上的元件之间产生拉力。这会在髋关节上产生扭矩,从而支持臀肌的作用。

为了使系统对佩戴者的出行方式具有感觉和适应性,研究人员开发了一种基于生物力学检查的步态分类算法。内布拉斯加州大学的合著者Philippe Malcolm解释说:“他可以通过安装在人体上的传感器监视佩戴者重心的加速度来可靠地检测从一个过道到另一个过道的过渡。”“一旦识别出换档,西服将自动调整其动作曲线的时间,以最佳地支撑其他档位。”

有希望的原型

研究人员通过与志愿者的测试证明了这种支持的效果。因此,机器人服将步行时的新陈代谢率降低了9.3%,跑步时将其降低了4%。正如他们所解释的,这些效果相当于体重减轻了7.4或5.7公斤。该设备还具有相对较高的灵活性和实用性:“我们很高兴看到该套装在上坡,以不同的运行速度以及在崎bump不平的地面上进行户外测试时也表现良好。沃尔什说:“因此,我们能够证明该系统的多功能性。

正如他和他的同事所强调的那样,该设备最初是原型。沃尔什说:“我们已经证明,一套机器人套装不仅可以支撑一个步态,还可以支撑更多的步态。”该团队现在致力于优化技术的各个方面:他们希望提高性能,进一步减轻重量并提高用户友好性。沃尔什说:“我们希望能够在许多应用中使用该系统,包括为步行困难或需要极高身体表现的人提供支持。”