8月16日消息,美国和韩国研究人员最新开发出一款便携式“机器人短裤”,这种辅助设备可以让穿戴者行走和跑步更加轻松。研究人员在新一期美国《科学》杂志上发表论文介绍,这种柔性“机器人短裤”重约5千克,包括驱动系统以及将腰部和大腿包裹起来的织物。测试显示,该设备可识别穿戴者的步态,并提供相应协助,使其行走时的能耗降低9.3%,跑步时的能耗降低4%。


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。


哈佛大学“机器人”短裤登上Science封面 让跑步更加轻松


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。


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。”


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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。


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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。


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