斯坦福大学推新版外骨骼步行速度提高9%能量消耗减少17%

为了有朝一日能够对行动不便的人提供实质性帮助，斯坦福大学的科学家们一直在努力研究能让行走更轻松的脚踝外骨骼。该团队刚刚推出了首个走出实验室的不受限版本，在佩戴者行进过程中能够动态调整辅助水平，而且所实现的行进速度相当于放下一个 30 磅（13 千克）的沉重背包。

在去年发表的研究中，该团队展示了一种可以将佩戴者的步行速度提高约 40% 的设备版本。较早的版本针对跑步者进行了调整，实验证明了它如何将速度提高 10%。

不过该团队此前研发的脚踝外骨骼迭代是模拟器，这意味着它们涉及复杂的实验室设置，包括电线、跑步机和外部电机。通过将受试者连接到这些模拟器，研究人员能够收集运动数据并快速测试和微调系统，以根据步态和能量消耗提供最佳水平的帮助。

这些仿真器对于团队的研发非常宝贵，并且可以通过针对主题的帮助实现高度的个性化。但就这些外骨骼在现实世界中的潜力而言，它们确实存在明显的局限性，因此不受约束的版本始终是团队的目标。

新的外骨骼是一种电动靴子，它在脚踝处施加扭矩，这样做可以发挥小腿肌肉的一些功能，帮助用户迈出每一步。廉价的可穿戴传感器内置在靴子中以监控运动，使用机器学习算法根据人的行走方式调整辅助水平。

团队成员帕特里克·斯莱德（Patrick Slade）表示：“我们通过可穿戴设备测量力和脚踝运动，以提供准确的帮助。通过这样做，我们可以在人们走路时小心地控制设备，并以安全、不引人注目的方式帮助他们”。

该团队表示，外骨骼需要大约一个小时的步行才能适应用户，但一旦适应，它就可以节省能源并提高速度，相当于放下一个 30 磅的背包。

该团队负责人史蒂夫·柯林斯（Steve Collins）表示：“与穿着普通鞋子行走相比，优化的辅助功能使人们的步行速度提高了 9%，而每行驶距离消耗的能量减少了 17%。这些是迄今为止任何外骨骼经济行走速度和能量方面的最大改进。在跑步机上的直接比较中，我们的外骨骼提供的工作量大约是以前设备的两倍”。