轮椅和拐杖,通通扔掉,神奇的“骨骼”将带你重出江湖

在全世界,几乎每一秒钟都有老年人摔倒。根据美国疾病控制与预防中心(Centers for Disease Control and Prevention)的数据,每年约有2,900万人摔倒,近2.7万人因此丧生。一种新的可穿戴的动力外骨骼可以抵消人体滑倒时失在去的平衡,通过让老年人和身体受损的人保持双脚的稳定,可以防止此类事故的发生。

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但是这项技术仍然在雏形阶段,来自意大利圣安娜大学和瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员发明了这个主动盆骨矫正系统(APO),他们想要制造一种轻便的,可穿戴的外骨骼能够检测到平衡丧失的迹象并帮助平衡恢复。生物机器人研究所(BioRobotics Institute)助理教授维托•莫纳科(Vito Monaco)表示,这种能力并不存在于目前任何一种可穿戴的外骨骼中。

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其他的外骨骼,无论是在开发中还是在今天的市场上,都可以帮助移动,使重物感觉更轻。例如,当仓库工作人员戴着它的时候,他们可以举起自己无法举起的沉重箱子。士兵们可以背着沉重的背包步行数英里而不感到疲倦。行动不便的人可以在使用轮椅或拐杖多年后重新站起来行走。但这些设备都无法预测佩戴者接下来会做什么,也无法采取措施纠正晃动。

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莫纳科说:“我们想验证这些设备是否能够帮助人们并提高他们的能力。”

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这个重达3公斤(6.7磅)的外骨骼完全是由研究小组从零开始建造的,它被设计用于下半身。一条腰带连接到两个可移动的碳纤维支架上,每一个固定在大腿外侧。计算机电路中的微型马达和所谓的“自适应振荡器”使用一种特殊的算法来检测佩戴者独特的步态。只需要几分钟而已。

当佩戴外骨骼时,人可能会感觉到支架和马达在大腿上轻微地推动。如果他们的步幅偏离正常,马达会在支架上产生一个力矩,使他们变硬,并对大腿施加更大的力,从而提供稳定性。

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在这项实验中,莫纳科和他的同事们研究了10名受试者,其中两名截肢者的平均年龄为65.5岁,另外八名是老年人,平均年龄为68.9岁。实验对象在分带跑步机上行走时佩戴着外骨骼,这台跑步机上有两条可以独立移动的皮带,以防止滑倒。参与者还被绑在一个悬挂的安全吊带上,以防他们在外骨骼不起作用的情况下摔倒。

为了了解APO的工作效果如何,研究人员让每个人穿着外骨骼在跑步机上行走,外骨骼可以调整到辅助模式或不辅助模式。他们发现,在所有情况下,APO都能在350毫秒左右的时间内检测到一个偏差,并及时启动马达以提供稳定性和防止坠落。该设备只在需要时提供稳定性,并在必要的数量,从不提供太少或太多。

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莫纳科说:“这基本上会根据情况增加髋关节的刚度。”

尽管原型可以与所有10个实验对象一起工作,但团队还需要做更多的实验来测试它在更广泛的人群和不同地形下的功能。

摩纳哥说,他真的很惊讶,这个装置工作得这么好。“我们当时的情况非常可控。一切都控制。但仍有几个变量我们无法考虑。“最重要的是人。”每个人都有自己独特的步伐。

他表示:“我们很惊讶,同样的策略几乎对所有人都有效。”

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但他们还有更多的工作要做。:莫纳科说:“基本上,我们调查了造成摔倒的一个主要原因,那就是滑倒,但我们知道滑倒和绊倒是最常见的摔倒原因。”70%的跌倒都是由于滑倒或绊倒。

为了解决这两个问题,他们需要使算法尽可能通用,以便管理差异。但他认为这不会花很长时间。“在未来三年,我们希望开发出一种商业化的产品。”


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