当说起“机器人外骨骼”,大多数人想到的是像外星人那样的力量装载器,或者是钢铁侠那一身装备。

然而实际可能大不相同:哈佛大学最近研究了一条外穿机械短裤(exosuit),比你想象的更柔和,更智能,并且十分低调。这项研究还登上了《Science》的封面。

哈佛大学“钢铁侠”短裤登上Science封面:让你跑得更快,还能助力复健-字母圈

与以往的多关节外套相比,这款最新的臀部辅助外套设计更简单,重量更轻。整个设备重约5公斤,其中大部分重量来自靠近身体质心的短裤顶部隐藏的小电池和电机组。

哈佛大学“钢铁侠”短裤登上Science封面:让你跑得更快,还能助力复健-字母圈

这条“钢铁侠短裤”由哈佛大学Wyss研究所(与其他几个机构合作)设计,该研究所主要关注软体机器人以及仿生领域的研究。这款短裤其实不是用来举重或者对抗异形的,而是让跑步和走路更加轻松。

电机与臀肌协同工作

通过电机系统帮助佩戴者在腰带和大腿之间施加张力,在臀部关节处产生外部延伸扭矩,与臀肌协同工作。“这种集中体重的方法,结合灵活的服装界面,最大限度地减少了对穿着者的能量负担和运动限制,”共同作者Jinsoo Kim说道,他是Walsh集团的SEAS研究生。“这对于步行很重要,但对于跑步来说更是如此,因为四肢来回移动得更快。

哈佛大学“钢铁侠”短裤登上Science封面:让你跑得更快,还能助力复健-字母圈

产品看起来实际上更像是一条短裤,下背部有一个机械装置,腿上有绑带,用于简单地辅助腿部伸展运动。机载计算机可以检测佩戴者身体的运动,确定步态的类型(步行或跑步)以及腿部当前所处的步态阶段。

“我们利用生物力学理论来开发步态分类算法,通过使用附着在身体上的传感器监测个体质心的加速度,可以稳定可靠地检测从一个步态到另一个步态的过渡。”共同通讯作者菲利普·马尔科姆博士说,“一旦检测到步态转换,exosuit会自动调整其驱动曲线以协助其他步态。”

可以用于康复和其他领域的机器人设备

在上坡测试、不同行驶速度和户外场景的测试中短裤都表现良好。在测试中,该套装在行走时减少了9.3%的代谢负荷,在跑步时则减少了4%。虽然听起来不是很多,但这款短裤的目的并不是为了创造钢铁侠或者奥运超人,而是为了开发用于康复和其他生活领域的机器人设备。

该项目首席研究作者Conor Walsh在新闻发布会上表示,“虽然我们发现的代谢减少是适度的,但我们的研究表明,便携式可穿戴式机器人可以提供的不仅仅是一项活动,而是为这些系统在我们的生活中铺开铺平了道路。”

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该团队现在正致力于优化技术的各个方面,包括进一步减轻重量,个性化和提高易用性。将其用于一系列应用,比如帮助有步态障碍的人群。当然,这也是军方非常感兴趣的事情——不仅仅是对于现役军人,比如培养出一名能跑两倍或更快的士兵,而是治疗伤员。

这项突破性的研究让我们看到,未来可穿戴机器人设备可以改善健康生活,为受伤或需要康复的人提供服务。与其将exosuit作为重工业或重要机械,一个帮助老人从椅子上站起或者让人从事故中恢复的想法,可能走得更加长远。