一种可以减轻重物的可穿戴机器人

据英国《每日邮报》报道,哈佛大学的研究人员开发了一种柔韧的户外运动服,它可以降低负重行走时的能量消耗发表的一项研究在里面神经工程与康复杂志.

使重物更易于搬运
使重物更易于搬运
哈佛大学怀斯研究所

研究人员发现,这种外衣裤使负重行走时消耗的能量——代谢成本——平均降低了7.3%。

该套装还显著减少了髋关节、膝关节和踝关节所做的工作,而不会影响步频或长度。

在西装的支撑下,负重步行者的臀部、膝盖和脚踝运动与空载步行时测量的运动相似。

这表明,这套西装不会影响穿着者的行动自由,但可以让他们恢复到更接近于空载行走的行走姿势。

这套衣服是什么?

研究人员用纺织品来替代坚硬的外骨骼,外骨骼较重,会干扰关节的自然运动,导致佩戴者改变行走方式。

这套套装由一条腰带、两条大腿和两条小腿皮带组成,通过电缆与安装在背包上的两个电机相连。

这套套装由一条腰带、两条大腿和两条小腿皮带组成,通过电缆与安装在背包上的两个电机相连。来自电机的能量通过电缆传输到衣服上,然后将其传输给穿着者。

西装只有在检测到行走运动时才会激活。它帮助髋关节和踝关节,这两个关节共同贡献了步行过程中腿部关节产生的80%的能量。

作者之一康纳·沃尔什(Conor Walsh)说:“我们的研究结果首次证明,一套自主的软质外套可以减少负重者的能量消耗,可能提高他们的整体步态性能。”

他补充道:“除了帮助负重者外,我们正在探索如何使用柔软的exosuit来帮助行动不便的人,为这项技术在广泛人群中的应用铺平道路。”

考虑到额外的重量

根据研究人员的说法,帮助负重行走的设备为其自身重量付费是很重要的,这意味着即使穿着者携带额外的外太空服,行走的总体代谢成本也会降低。

为了弄清楚情况是否如此,研究人员在三种条件下测试了他们的外服。在无动力条件下,研究参与者穿着西服,背着一个全背包,西服关闭。在动力条件下,参与者穿着西服,背着一个装满西服的背包。第三种情况作为基线,关闭西服,从背包中取出西服的同等重量(6.5kg)。

研究人员监测了参与者的新陈代谢、动力学(影响身体运动的力)和运动学(如关节和肌肉的屈曲、伸展或旋转)。

七名经验丰富的负重者,他们的肌肉、关节或骨骼没有受伤或疾病,在跑步机上以每秒1.5米的恒定速度行走,同时承载相当于其体重30%的负荷。

研究人员监测了参与者的新陈代谢、动力学(影响身体运动的力)和运动学(如关节和肌肉的屈曲、伸展或旋转)。研究人员还分析了参与者的呼吸、步态和肌肉活动。

他们发现了什么?

先前对负重者运动的研究发现,在负重行走过程中,他们小腿的肌肉需要更加努力地工作,以维持负荷并平衡关节。

由此产生的更高的肌肉活动与代谢成本增加有关。这可能会导致疲劳、机动性降低和整体性能降低。急性医疗问题和受伤风险增加也与负重行走有关。

该设备可以使经常负重的人群受益,例如士兵

根据研究人员的说法,这种装置可以使经常负重的人群受益,如士兵、急救人员或徒步旅行者。它也可能被证明对身体有缺陷的人有用。

尽管在这项研究中,髋关节、膝关节和踝关节所做的总功显著减少,但在肌肉激活方面仅测量到微小差异。

研究人员建议,需要进一步的工作来理解潜在的特定肌肉机制,并找出如果专注于单个关节或如果在多个关节之间共享,西装提供的帮助是否最有效。

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