独特的技术让人类在行走时更有优势

在跑步机上柔软的外骨骼。图片来源:女王大学工程和应用科学学院

由女王工程学院的研究人员设计的一种外骨骼可以提高行走效率，这是领先的学术期刊《科学》的一项新研究的主题。

在独特的外骨骼的帮助下，行走科学又向前迈进了一大步，它可以让使用者在使用更少能量的情况下走得更远。由女王学院工程和应用科学的一个多学科团队开发的这个背包原型在步态周期的特定阶段消耗能量，减少行走的代谢成本。该设备开发和评估的细节今天发表在世界最重要的学术期刊之一《科学》上。

现有的外骨骼技术要么增加能量，要么将能量从步态周期的一个阶段转移到另一个阶段，与此不同的是，这种新设备通过移除帮助膝盖肌肉在关键时刻(即末端摇摆阶段)的能量来帮助用户。

“把能量从一个人的腿在走路听起来有悖常理,像应用制动器在汽车移动,”Michael Shepertycky说,最近的一个博士研究生和研究的主要作者,“但是我们的肌肉自然消除能源虽然我们走路,和我们的设备帮助他们这样做。”

该团队设想这项技术——它的重量刚刚超过半公斤——能让徒步旅行者走更长的距离，或帮助护士在长时间轮班后减轻疲劳。

机械与材料工程副教授、该研究的合著者李庆国说:“由于其科学和实际意义，在过去20年里，改善步行和跑步经济一直是一个重要的研究课题。”“步行是一个精细且高度优化的过程，这使得使用外骨骼来提高步行效率变得困难。”

除了帮助用户，该设备还能将移除的能量转化为电能，用于驱动设备的控制系统和其他便携式设备。这种能量收集能力对于在偏远地区徒步旅行的个人尤其有用，可以让他们为手机或GPS设备充电。该研究的合著者、电气与计算机工程教授Yan-Fei Liu领导了该设备电力电子学的开发。

该团队的跨学科方法包括行走生物力学、生理学、人机交互和设计创新等要素。这项研究的大部分是在人类移动研究中心进行的，这是一个配备了世界级步态分析技术的皇后/金斯顿健康科学中心设施。

Shepertycky博士说:“我们第一次证明了去除能量可以提高行走效率。”“这是外骨骼发展领域的重大进步，有可能改变我们的步态辅助方式。”这项研究成果在最负盛名的科学期刊之一发表，突出了皇后学院的研究专长和优秀的设施，以及我在这里接受的世界级的多学科教育。”