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穿戴式,步态改善的机器人可节省大量新陈代谢能量
2021年02月26日    阅读量:1144    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

去年,哈佛大学的软外衣团队提供了第一个概念验证结果,表明其可穿戴机器人可以降低健康的人们背负重物走路时的能量消耗。


防护服由功能性纺织品,基于电缆的致动装置和受生物启发的控制系统制成,针对特定的腿部关节(而不是整条腿),并提供与穿着者的步行机械师同步的帮助,这些人的范围从举重人员开始给因中风或其他健康并发症而致残的人。


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该团队由哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的工程学与应用科学副教授John L. Loeb的Conor Walsh领导,这是Wyss研究所的核心教员,也是哈佛生物设计的创始人实验室


但是问题仍然存在:提高援助水平可以节省多少总能源?这些节省是由于为脚踝运动提供了辅助力而节省了能量的结果,并且必须与穿戴者在携带防寒服的质量时所消耗的额外能量相平衡中国机械网okmao.com


现在,在《科学机器人》的封面文章中发表的一项新研究中,沃尔什的机器人专家,工程师,生物力学专家和服装设计师的多学科团队分离出了防寒服的有益效果。通过拆下执行机构,电子设备和电池组,仅保留了防爆服的轻便可穿戴纺织品和拉线,研究人员便能够计算出对穿戴者关节的影响。


“在一个由七个健康穿着者组成的测试小组中,我们清楚地看到,与在脱下外衣的情况下行走相比,给踝关节提供的援助越多,佩戴者可以节省的能量就越多,最多可以减少近23%。”沃尔什。“据我们所知,这是迄今为止在拴系外骨骼或外装服中所观察到的能量消耗的最大相对减少。”


与“断电”时相比,在这种轻巧的氨纶西服上提高“辅助因素”可将行走所需的能量减少约23%,这是有史以来穿着系绳式外衣的人减少的能源消耗量之最。


研究小组发现,佩戴者通过增加援助水平可以极大地适应他们的步态。这种变化在踝关节处最为显着,但在髋部也可以观察到,因为该外衣包括将小腿后部的辅助物以有益的方式连接到髋部前部的绑带。


“其他研究报告说,踝关节和其他关节之间可能存在能量转移。但是,如果将纺织品与踝关节和髋关节结合在一起,我们的软外衣可能会放大这种效果,为我们节省大量能源做出了贡献,”他说。


布伦丹·昆利文(Brendan Quinlivan)是与沃尔什(Walsh)合作的研究生,并且是该研究的两位第一作者之一。


这种特殊的防寒服的关键在于机器人的脚踝,它可以将机械能“发射”到穿着者的脚踝关节上。


作者承认,现在需要进行进一步的研究,以比较全身穿戴式外装服的效果,穿着者携带的驱动力和电池的重量以及穿普通衣服行走时的情况,以更好地量化该技术的真实影响。 。


“这项研究的结果将帮助我们在增加的系统重量和施加的力之间找到一个甜蜜点,以最大程度地减少穿戴者的能量消耗。


在健康人中定义这些相互依赖性,最终还将帮助我们设计出适合于人的版本步态异常。”李桑军李(Sangjun Lee)说,他也是沃尔什(Walsh)团队的研究生,也是该研究的第一作者。


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