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科技日报:告别均码 外骨骼也能量身定制

来源: 科技日报 2017年7月12日2版     发稿时间: 2017-07-12 08:53

  科技日报讯(记者 姜靖)鞋合不合适只有脚知道,用于提升人体动力的外骨骼系统也是如此。《科学》杂志近日发文称,研究人员研发出一种外骨骼系统的优化方法,能为使用者量身定制最优助力模式,从而结束了外骨骼系统均码的历史。在对健康参与者的测试中,与无助力系统(此时外骨骼相当于一只较重的鞋)相比,优化的单脚脚踝外骨骼令行走时能耗减少24%。

  论文第一作者、南开大学计算机与控制工程学院副教授张娟娟告诉科技日报记者,外骨骼的设计初衷是提升人体动力,比如在行动时减少能耗。然而,由于人体的复杂性,每个人在自然条件或有外力干扰时的运动方式不尽相同,用外骨骼施加同样的助力在不同人体上可能产生截然不同的反应。

  为了创制更个性化、更有效的外骨骼,张娟娟与美国卡内基·梅隆大学研究人员一起研发了一种私人定制方法。该方法能根据人体代谢耗能在线调节外骨骼的助力模式,找到适合用户的最优模式。

  实验中,该系统以4个参数改变脚踝外骨骼协助行走的方式:最大助力、出现最大助力的时间、助力从零增至最大值的时长和从最大值回降至零的时长。行走约1小时这一过程中,该系统用一个模仿自然选择的优化方法,不断改变助力模式并进行优胜劣汰,最终确定适合此人的最优模式。用此方法对单脚脚踝外骨骼进行优化后,11名受试者的行走能耗对比无助力模式平均减少了24%,而穿双侧脚踝外骨骼的受试者能耗降幅达33%。

  值得一提的是,受试者穿戴优化外骨骼更长时间行走后,能耗会进一步降低,这表明,在使用外骨骼时人体会逐渐学习和适应该装置,从而实现进一步的优化。

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