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近年来，机器人专家引进了越来越先进的系统，这可能为外科手术、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帮助改善了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(Chung-Ang University)的研究人员最近推出了一款新型可穿戴机器人，专门用于帮助因衰老、肌肉无力、手术或特殊医疗条件而行走困难的人类。这款机器人发表在《科学机器人》(Science Robotics)杂志上的一篇论文中，研究人员发现它可以改善平衡，同时减少行走时消耗的能量(即所谓的代谢成本)。
“我们最近的论文主要是受到这样一种认识的启发，即大多数用于步态辅助的可穿戴机器人只专注于矢状面运动，”进行这项研究的研究人员之一Giuk Lee告诉Tech Xplore。“然而，走路本质上是一种三维活动，其他平面的运动也同样重要。”
与过去提出的其他髋关节外展辅助机器人系统相比，Lee和他的同事们创造的机器人专注于前部。这是人体的前部，以支持运动和行走时的横向稳定性而闻名。
该论文的合著者金明熙(Myunghee Kim)说:“传统上，对行走运动的研究将向前移动和横向平衡视为独立的功能。”“直到最近，人们才认识到前后方向的援助对横向稳定的贡献。然而，横向辅助对前后行走效率的影响，仍然没有得到充分的研究。”
研究人员的研究背后的关键假设是使用模仿自然髋关节外展时刻的可穿戴机器人可以降低步行的成本。这是腿部远离身体中线的运动，它支持走路和人类每天进行的许多其他动作。
李教授说:“我们开发的可穿戴式髋关节外展辅助机器人的工作原理是，通过支持身体的侧向运动可以提高行走效率。”“当我们向前走的时候，我们身体的重心自然地左右移动以保持平衡——这个过程被称为恢复。在这个恢复阶段，髋外展肌活动。我们的设备帮助这些肌肉，使佩戴者更容易以更少的努力恢复重心。”
李和他的同事们在模拟和现实世界的实验中评估了他们的机器人的表现。这些测试的结果非常有希望，表明与正常的无辅助行走相比，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。“因为走路是一种三维运动，所以必须考虑到不同平面的运动。”
从本质上讲，李和他的同事开发的髋关节外展辅助机器人影响了臀部和腿部的运动，这些运动已知是支持行走的。它独特的设计使它能够有效地“取代”人类走路时通常要付出的部分努力。
Kim补充说:“我们的研究表明，通过更有效地将身体重心从一只脚转移到另一只脚，侧向辅助在提高步行效率方面发挥了重要作用。”“这一见解对肌肉力量减弱的个体尤其令人鼓舞，为支持机制提供了新的方向。展望未来，探索横向援助如何帮助那些行动不便的人将是很重要的，这可能会改变康复和支持策略。”
在未来，这个研究小组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。这款机器人可能对老年人、接受过腿部或髋关节手术的病人以及其他行走困难的人很有用。
“对于未来的研究，我们计划更深入地研究髋关节外展如何影响行走平衡，”李补充说。“我们观察到髋关节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行走平衡方面的潜力。”
更多信息:Juneil Park等人，髋关节外展辅助对人类行走时代谢成本和平衡的影响。《科学机器人》(2023)。DOI: 10.1126 / scirobotics.ade0876。期刊信息:科学机器人
?2023 Science X Network
引用:一个可穿戴机器人，帮助人们行走(2023年，11月21日)检索自https://techxplore.com/news/2023-11-wearable-robot-people.html
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