新式機械外骨骼 讓行走輕松省力

外骨骼真是風頭正勁啊，雷鋒網多次報道：可以5年內人類就能變身機器人，可以不增加負載卻提升運動能力，可以讓你飛檐走壁。

如今外骨骼大家庭又添新人。無需使用外部電源就可以讓行走更加輕松省力？是的，發表在《自然》雜志上的一項研究讓我們再次見識到了外骨骼的力量。

只需要在普通跑鞋上套上靴筒般的外骨骼即可減少行走時7％的能量消耗，對于行走困難者或長途跋涉的軍事人員，真是可以派上大用場呢。

研究報告合著者Gregory Sawicki，來自北卡州立大學，他興奮地表示：“我們通過研究發現，直立行走——人類高度進化的表現，可以通過人工技術得以改進。”

獨到之處

其實，這并非研究人員第一次實現行走能耗的降低，2013年時利用空氣壓縮系統就曾減少6％能耗。 其他人也研發出了依靠馬達和電池組供電的外骨骼。但Sawicki和他的團隊這次制作成功的外骨骼最獨到之處在于：不需要任何外部動力。

工作原理

與大多數的肌肉不同，小腿肌肉的“啟動”不是通過變短或收縮，而是在需要時，為跟腱的伸展和反沖提供剛性連接。這正是外骨骼通過“彈簧與離合器系統”來完成的工作。“你的身體往前的動力被轉換成彈簧的拉伸；彈簧抓住了你前進動作的勢能。這意味著，彈簧伸展時，人體的部分能量被轉移到彈簧上。”“該器件非常輕，才300-500克，不會給行走帶來額外負重，不然靠它節省的力氣不就白費了。”

同行們如何看待

荷蘭Delft 科技大學的生物力學工程師Heike Vallery雖沒有參與該項研究，但由衷地認為“節約的能耗相當驚人”。

密歇根大學生物力學工程師Art Kuo也認為“結果可靠，但這僅僅是第一步，與醫療應用還相距甚遠。”

其他人則比較關心該器件的日常使用。密歇根大學生物醫學工程師Daniel Ferris表示：“目前尚不清楚該器件對于非循環動作會有怎樣的作用，比如當人們做出站立、轉身、站起、坐下等動作時，它也許達不到節省能耗的效果。”不過他不否認該器件對于老年人，或是有不完全性脊髓損傷，或是多發性硬化癥的人能夠帶來的幫助。

可能給身體帶來的影響

使用該器件不是很辛苦，“如果只是使用20分鐘左右，大多數人都感覺與腿融為一體，不會有不適感。”脫下來以后，“會感覺腿變得沉重了，有些人需要五分鐘緩過來。”

長期使用該器件會給身體帶來怎樣的影響，還有待進一步研究。想想那些長期坐在輪椅上的人，腿部肌肉會退化，所以這個問題不得不思考。“如果長期使用外骨骼，腿的形態也許會發生變化，目前還不好說。”

路漫漫 其修遠兮

該設計花了五年的時間，能走到今天這一步，與醫學成像技術的進步密不可分。“2000年后，人們才開始使用超聲成像來解析肌肉的運動情況。得益于這些技術，我們能夠看到小腿肌肉和跟腱表現得像離合器和彈簧。”

外骨骼不能做的事情還很多，“而且不太結實，跑步時使用會斷裂。”研究人員必須找到加固的方法，使其承受更大的沖擊。“使用其他材料，如電活性聚合物，也許可以改善。”

不過，如果你只是想散個步，外骨骼完全幫得上忙。喜歡登山、遠足的人也許會試試。“但我們真正感興趣的是醫療應用。鑒于醫療器械的法規，外骨骼投放市場時可能作為消遣裝置，最終產品售價應該不到1000美元。”

目前，這款外骨骼還沒有正式命名。“我喜歡科幻類的東西，它為科學研究提供了很大的動力，但是離現實還是有點遠。而且，我們的目標不是為超級英雄制作套裝。就算我們能夠建造鋼鐵俠，日常使用時會方便嗎？而且大部分的人負擔不起。我們希望可以造福大多數人。”

via: theverge

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