自适应外骨骼服:为日常行走提供定制支持

人很少匀速单坡度行走。赶约会、抢过街信号、公园漫步时变速。坡度也常变:远足或进建筑上坡道。除环境变异,走路方式受性别、身高、年龄、肌力影响,有时受中风、帕金森等神经肌肉疾病影响。
这种人和任务变异性是设计可穿戴机器人辅助/增强真实条件下行走的主要挑战。至今,定制可穿戴机器人辅助适配个体行走需数小时手动/自动调试——健康人烦琐,老年/临床患者常不可能。
哈佛约翰·A·保罗森工程应用科学学院(SEAS)研究者开发新法:机器人外骨骼服辅助可在几秒内校准个体并适应多种真实行走任务。生物启发系统用超声测量肌肉动力学,为外骨骼服用户开发个性化、活动特定辅助配置文件。
早期生物启发开发机器人外骨骼个性化辅助配置聚焦穿戴者肢体动态运动。SEAS研究者另辟蹊径。
肢体运动与驱动其运动底层肌肉不一定直接映射。为研究肌肉动力学,团队将便携超声系统绑参与者小腿,成像其行走任务时肌肉。
从预录像估算行走周期蹬离阶段抵消小腿肌肉额外工作所需并行辅助力。新系统只需几秒行走——甚至单步可能足捕捉肌肉概况。
对每个超声生成配置文件,研究者测量人带/不带外骨骼服行走代谢能量。发现外骨骼服提供的肌肉基础辅助在范围行走速度和坡度显著降低行走代谢能量。
外骨骼服以更低辅助力实现同等或更好代谢能量获益,优于既往发表研究。“直接测量肌肉,能更直觉与穿戴者协作。”研究生Sangjun Lee说。“此法外骨骼服非压制穿戴者,而是协同工作。”真实场景测试中,外骨骼服能快速适应行走速度和坡度变化。
下步,研究团队旨在测试系统持续实时调整。
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