穿戴式步態改善機器人可顯著節省新陳代謝能量

去年，哈佛大學的軟外衣團隊提供了第一個概念驗證結果，表明其可穿戴機器人可以降低健康人背負重物行走時的能量消耗。防護服由功能性紡織品，基于電纜的致動裝置和具有生物啟發性的控制系統制成，可針對特定的腿部關節(而不是整條腿)，并提供與穿戴者步行機械同步的幫助，這些人包括重物人群給因中風或其他健康并發癥而致殘的人。

該團隊由哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院(SEAS)的工程學與應用科學副教授John L. Loeb的Conor Walsh領導，他是Wyss研究所的核心教員，也是哈佛生物設計的創始人實驗室

但是問題仍然存在：提高援助水平可以節省多少總能源?這些節省是由于腳踝運動所提供的輔助力而節省了能量的結果，并且必須與穿戴者在攜帶防寒服的質量時所消耗的額外能量相平衡。

現在，在以《科學機器人》為封面文章發表的一項新研究中，沃爾什的機器人專家，工程師，生物力學專家和服裝設計師的多學科團隊隔離了這種防寒服的有益效果。通過拆下執行機構，電子設備和電池組，只剩下防毒服的輕便可穿戴紡織品和拉線，研究人員便能夠計算出對穿戴者關節的影響。

“在一個由七個健康穿著者組成的測試小組中，我們清楚地看到，與在脫下外衣的情況下走路相比，對踝關節提供的援助越多，佩戴者可以節省的能量就越多，最多可以減少近23%。”沃爾什 “據我們所知，這是迄今為止在拴系外骨骼或外裝服中觀察到的能量消耗的最大相對減少。”

研究小組發現，佩戴者通過增加援助水平可以極大地適應他們的步態。這種變化在踝關節處最為顯著，但在髖部也可以觀察到，因為該外衣包括帶子，這些帶子以有益的方式將輔助物從小腿的后部耦合到髖部的前部。

“其他研究報告說，踝關節和其他關節之間可能存在能量轉移。但是，如果將紡織品與踝關節和髖關節結合在一起，我們的軟外衣可能會放大這種效果，為我們節省大量能源做出了貢獻。”布倫丹·昆利文(Brendan Quinlivan)是與沃爾什(Walsh)合作的研究生，并且是該研究的兩位第一作者之一。