踝关节外骨骼使行走更快

不能快速行走可能会让人沮丧和成问题，但这是一个常见的问题，特别是随着人们年龄的增长。斯坦福大学(Stanford University)的工程师们注意到普遍存在的慢于预期的行走速度，他们开发了一个外骨骼系统原型(附着在胫骨周围，然后穿在跑鞋里)，在实验环境中测试了该系统如何提高人们自己选择的行走速度。

这外骨骼由电动机外部供电并由算法控制。当研究人员优化速度时，参与者平均走路，比穿着正常的鞋子和没有外骨骼的速度快42％。本研究的结果于4月20日公布神经系统与康复工程汇刊。

“我们希望借助外骨骼辅助来提高行走速度，但我们真的很惊讶地发现了这么大的进步，”斯坦福大学机械工程副教授、该论文的高级作者史蒂夫·柯林斯(Steve Collins)说。“四十%是巨大的。”

对于这个初始的实验，参与者很年轻，健康的成年人。鉴于这些令人印象深刻的结果，研究人员计划在未来对老年人进行测试，并从其他方面改进外骨骼设计。他们还希望最终创造出一种可以在实验室外工作的外骨骼，尽管这一目标仍有很长的路要走。

“我的研究任务是理解生物力学和电机控制机械工程博士后、论文第一作者宋承文(Seungmoon Song)说。“我认为外骨骼是非常有前途的工具，可以实现提高身体生活质量。”

在循环中行走

本研究所测试的踝关节外骨骼系统是一个实验模拟器，作为试验不同设计的试验台。它有一个框架，固定在胫骨上部，成为一个整体跑鞋参与者穿的衣服。它被安装在行走表面旁边的大型马达上，并拉动一根延伸到外骨骼背部的绳子。该系绳由一种算法控制，将穿着者的脚后跟向上拉，帮助他们在离开地面时将脚趾指向下方。

对于这项研究，研究人员有10名参与者走过五种不同的操作模式。他们在没有外骨骼的情况下走上正常的鞋子，外骨骼关闭并带有三种不同模式的外骨骼打开：优化速度，优化能源使用，并调整安慰剂模式，使它们更慢地走。在所有测试中，参与者走在跑步机上，适应他们的速度。

通过循环过程创建了为速度优化的模式 - 这导致步行步行速度增加42％。在用户走路时，算法反复调整外骨骼设置，以每次调整提高用户速度的目标。寻找速度优化的操作模式大约需要150轮调整和每人两小时。

除了大大提高步行速度，速度优化模式还减少了能源消耗，每米步行约2%。然而，这个结果因人而异，这在某种程度上是意料之中的，因为这不是外骨骼模式的故意特征。

“这项研究旨在特别回答关于增加步行速度的科学问题，”宋说。“我们对其他性能措施的措施并不关心，如舒适或能量。然而，10名参与者中的七个不仅可以更快地走得更快，但消耗较少的能量，这真正表明了潜在的外骨骼以有效的方式帮助人们帮助人们。“

专门针对能源使用优化的设置是从先前的实验中借用的。在目前的研究中，这种模式的能量使用比速度优化的设置更多，但没有提高速度。如预期的，安慰剂模式都减慢了参与者并提升了它们的能源使用。

更好，更快，更强

现在，研究人员已经获得了如此重大的速度辅助，他们计划将未来版本的脚踝展示仿真器关注减少活力使用一致的用户，同时也更舒适。

在考虑老年人的具体上，柯林斯和他的实验室疑问未来的设计是否可以减少重量在关节或改善平衡上引起的疼痛。他们计划与老年人进行类似的行走测试，并希望这些也提供令人鼓舞的结果。

“速度增加40％的比较年轻人与年龄之间的差异老年人“柯林斯说。”所以，这样的设备可能不仅可以恢复，而是增强自我选择的行走速度对于年龄较大的人，这是我们兴奋的事情。“

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