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科学家发明短裤式柔性外骨骼,穿上跑步如腰上少了十几斤赘肉

2019年08月16日 17:02来源:澎湃新闻
责任编辑:第一黄金网
摘要
一提到“机械外骨骼”,人们常常会想起钢铁侠的帅气战衣。不过普通人并不负担飞翔打斗的使命,轻便的小型设备更能满足日常的运动
一提到“机械外骨骼”,人们常常会想起钢铁侠的帅气战衣。不过普通人并不负担飞翔打斗的使命,轻便的小型设备更能满足日常的运动需求。

哈佛大学工程与应用科学学院科学家Jinsoo Kim团队近日开发了一种仅有5千克重的柔性外骨骼机器人,由一条腰带和两条腿套组成。

穿戴者在野外环境里跑步

这条特殊的“短裤”可以在复杂的户外环境里探测穿戴者的步态,并为穿戴者提供适当的运动辅助,令穿戴者行走、奔跑更为省力。

相关论文于8月16日发表在顶级学术期刊《科学》杂志上。

正常的人体可以在行走和跑步之间快速切换,步态之间有着近乎无缝的过渡。然而,从生物力学的角度上说,行走和跑步有本质的不同。开发同时能辅助步行和跑步的设备并不容易。

检测跑步步点

很早以前,科学家就发明了由钢铁框架搭成的机械外骨骼,可以增强穿戴者的运动能力,降低步行的代谢消耗,从而帮助到老弱和残疾者。

但若要辅助穿戴者跑步,机械外骨骼本身的重量就成了一大障碍。这是因为,跑步时代谢消耗受重量的影响更大。此外,地形越复杂,设备本身的重量就越容易成为负担。

分析跑步步态

钢铁侠的全身套装有多重呢?国外有热爱漫威的物理学家认真计算过,即使是用较轻的钛合金材料,钢铁侠的战衣也会重达37千克。

而短裤式柔性外骨骼机器人的重量只有5千克,主体由一条腰带和两条腿套组成,这意味着穿上它后,承重的身体部位主要是腰部和大腿。如果把承重部位放在本就容易产生代谢损耗的小腿和脚,装置节省的损耗就较难抵消负重本身的损耗。

穿戴者可自如拉伸

具体来说,它的工作原理是这样的:两个连接着线缆的电机通过滑轮,在腰带和腿套间施加拉力,围绕臀部关节外产生拉伸力矩,从而辅助走路、跑步。

研究人员表示,穿上柔性外骨骼后,人们步行和跑步的代谢消耗会分别降低9.3%和4.0%,提高运动成绩。直观来说,相当于腰上分别少了7.4千克或5.7千克的赘肉。
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