协助人们行走的可穿戴机器人

近年来，机器人专家引入了越来越先进的系统，这可能为手术、康复和医疗保健援助开辟令人兴奋的新可能性。这些机器人系统已经在帮助改善许多残疾人以及遭受身体创伤或接受医疗手术的患者的生活质量。

韩国中央大学的研究人员最近推出了一种新型可穿戴机器人，旨在专门帮助因衰老、肌肉无力、手术或特定医疗状况而行走困难的人类。该机器人发表在《科学机器人》杂志上的一篇论文中，被发现可以改善平衡，同时还能减少行走时消耗的能量(即所谓的代谢成本)。

进行这项研究的研究人员之一GiukLee告诉TechXplore：“我们最近发表的论文的主要灵感来自于我们认识到大多数用于步态辅助的可穿戴机器人只关注矢状面的运动。”“然而，行走本质上是一种三维活动，其他平面的运动也同样重要。”

与过去提出的其他用于髋关节外展辅助的机器人系统相比，李和他的同事创建的机器人专注于额状面。这是人体的前部，以支撑行走时的运动和横向稳定性而闻名。

“传统上，步行运动的研究将向前运动和横向平衡视为独立的功能，”该论文的合著者MyungheeKim说。“直到最近，前后方向的辅助因其对横向稳定性的贡献才得到认可。然而，相反的方向——横向辅助对前后行走效率的影响——仍然没有得到充分的探索。”

研究人员研究背后的关键假设是，使用模仿自然髋部外展时刻的可穿戴机器人可以降低步行的代谢成本。这是腿部远离身体中线的运动，支持行走和人类每天执行的许多其他动作。

中央大学辅助与康复机器人实验室设计的创新型可穿戴髋关节外展辅助机器人。图片来源：Park等人。

“我们开发的用于髋部外展辅助的可穿戴机器人的工作原理是通过支持身体横向运动来提高行走效率，”李说。“当我们向前行走时，我们身体的重心会自然地从一侧转移到另一侧以保持平衡，这一过程称为恢复。在这个恢复阶段，髋部外展肌肉处于活动状态。我们的设备可以帮助这些肌肉，让佩戴者更轻松地行走以更少的努力恢复他们的质心。”

李和他的同事评估了他们的机器人在模拟和现实实验中的性能。这些测试的结果非常有前景，表明与正常、无协助的行走相比，机器人将行走的代谢成本降低了11.6%，同时还提高了平衡性和稳定性。

“我们的研究表明，提高步态效率并不需要可穿戴机器人只关注矢状面，”李说。“由于行走是一种三维运动，因此必须考虑跨不同平面的运动。”

从本质上讲，李和他的同事开发的臀部外展辅助机器人影响已知支持行走的臀部和腿部的运动。其独特的设计使其能够有效地“替代”人类通常在行走时付出的部分努力。

Kim补充道：“我们的研究表明，侧向辅助可以促进身体重心从一只脚更有效地转移到另一只脚，从而在提高步行效率方面发挥着重要作用。”“这一见解对于肌肉力量减弱的个人来说尤其令人鼓舞，为支持机制提供了新的方向。展望未来，探索横向辅助如何帮助行动不便的人、潜在地改变康复和支持策略将非常重要。”

未来，该研究团队开发的机器人系统可以进一步改进并最终商业化，支持康复和日常使用。该机器人可能对老年人、接受腿部或臀部手术的患者以及其他行走困难的人有用。

“在未来的研究中，我们计划更深入地研究髋部外展如何影响步行平衡，”李补充道。“我们观察到髋部外展不仅可以提高步态效率，还可能影响平衡。我们的目标是探索可穿戴机器人在增强步行平衡方面的潜力。”

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