這種機械外骨骼使行走更有效
根據今天發表在《自然》雜誌上的一項研究，研究人員首次能夠在不使用外部電源的情況下改善人類行走的方式。一個靴子一樣的外骨骼，適合一個正常的跑步鞋減少了大約百分之七的步行能量成本。簡言之，它使步行不必藉助電池組或馬達就可以減輕疲勞——這對行走有困難的人或偏遠地區的軍人來說真的很有用。
他們改進了人類的行走方式——沒有電源
“我們的研究表明，步行這項高度進化的人類任務，可以透過人工技術和工程加以改進，”該研究的合著者、北卡羅來納州立大學的生理學家格雷戈裡·薩維茨基（Gregory Sawicki）說這對我們來說太令人興奮了。”
步行能耗降低7%並不是什麼新鮮事：研究人員過去也取得了類似的成果。2013年，一組研究人員透過空氣壓縮系統實現了6%的能源成本降低。其他人則致力於研究由電機和電池組驅動的外骨骼。但Sawicki和他的團隊發明的裝置並不需要這些；它沒有動力。透過將通常經過小腿肌肉和肌腱的能量轉換成碳纖維、金屬和一個非常基本的彈簧，它可以減少行走的疲勞。
“這在這個領域是一個巨大的挑戰，”Sawicki說回到研究生院的路上，我們一直在關註這一點——以及這是否可能。”
“這在這個領域是一個巨大的挑戰。”
與大多數肌肉不同的是，小腿肌肉不會透過自身縮短和收縮來“啟動”。相反，is提供了一個剛性連線，跟腱可以在其上拉伸和反衝。這是外骨骼透過彈簧和離合器系統複製的。當腳後跟著地時——這是跟腱通常會以很大的力量抓住小腿肌肉的時候——離合器會抓住外骨骼的彈簧。”從那一點開始，你身體的前進動力就和彈簧的彈力交換了；“彈簧能抓住你向前的動作，”Sawicki說。這意味著當彈簧伸展時，人體的一部分能量被轉移到彈簧中。
<**all> Collins, et al (2015) </**all>
該裝置也是超輕的重量。這意味著，在雙腿上佩戴外骨骼所獲得的能量增益中，不需要考慮重大的質量損失。”Sawicki說：“這款裝置的重量在300到500克之間，比你真正輕便的跑鞋重一點。”它的重量相當於一個穿著普通衣服的流浪漢。”
荷蘭代爾夫特理工大學（Delft University of Technology）的生物力學工程師海克·瓦勒裡（Heike Vallery）說：“所報告的節省是令人印象深刻的。”。密歇根大學的生物力學工程師Art Kuo也認為這一發現是正確的，但他提醒說這隻是第一步，醫學應用還很遙遠。
其他人則想知道，這種裝置在日常使用中如何公平。”同樣來自密歇根大學的生物醫學工程師Daniel Ferris說：“目前還不清楚這種裝置對非節律性迴圈任務的反應。”。在站立、轉身、坐姿到站姿和站姿到坐姿等任務中，可能不會節省能量。不過，Ferris認為，外骨骼可能對踝關節力量減弱的人有用，比如脊髓不完全損傷的人、老年人和多發性硬化症患者。
使用靴子並不難，Sawicki說。”大約20分鐘後，大多數人都沒有意識到；它被融入到他們的存在中，“使用者唯一註意到的是當他們把它取下來時。”之後有一種沉重的腿部感覺，對一些人來說，這種感覺持續了5分鐘，”他說你覺得你的腿在你下麵崩潰了。”
當你脫下它時，“你感覺你的腿在你下麵塌陷。”
這暗示了研究人員無疑必須調查的一點：長期佩戴外骨骼會產生什麼樣的影響？考慮到人們花大量時間坐輪椅時會發生什麼，使用者腿部肌肉可能會隨著使用的延長而變得虛弱。”我的本能是說，如果你一直戴著它，身體就會識別平行的路徑，你的腿的形態也會改變，”Sawicki說。但“我們只是還不知道。”
這個設計花了五年多的時間。他們之所以能夠做到這一點，與醫學成像技術的進步有很大關係。”“抓握和阿基裡斯伸展”這件事我們直到21世紀末才知道，那時人們開始用超聲波成像來觀察肌肉在做什麼，”Sawicki說。由於這些技術，研究人員能夠看到小腿肌肉和跟腱在外骨骼中起著離合器和彈簧的作用。”它改變了我們看待外骨骼的方式。”
有很多是外骨骼現在做不到的；它只在一定的速度下工作。”Sawicki說：“紙上的裝置在執行過程中會斷裂。”。研究人員仍然需要找到一種方法來**一種更堅固（更笨重）的裝置，能夠承受更大的衝擊。不同的材料，如電活性聚合物，可能有助於他們做到這一點。”我們需要建立一個可以做到這一切的裝置。”
不過，如果你只想出去走走，外骨骼可以幫上忙。Sawicki說，喜歡徒步旅行的人可能會穿上它。外骨骼也可能對軍事人員有用。但團隊真正感興趣的是醫療應用。”Sawicki說：“這可能是中風患者的行動輔助工具。”。然而，考慮到醫療器械的相關規定，這種外骨骼最終可能會首先作為一種休閑器械推向市場。Sawicki認為最終產品的價格將略低於1000美元。
“即使我們可以建造鐵人，它的實用性如何？”
但在研究人員考慮向徒步旅行者推銷外骨骼之前，Sawicki和他的團隊必須想出一個名字。他們願意接受建議，他告訴《邊緣報》。不過，你可能想遠離超級英雄的推薦信。”我喜歡科幻小說之類的東西——我認為它為我們的領域提供了很多動力——但就能力而言，它離我們在這個領域的地位還很遠，”Sawicki說。此外，**一套超級英雄套裝並不能很好地符合研究人員正在努力實現的目標。”即使我們可以建造鐵人，它的實用性如何？人們負擔不起。我們想讓很多人都能輕鬆地使用這些東西。”
- 發表於 2021-04-29 11:07
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