| 信息科学 |
2017-08-08 10:26 |
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鞋合不合适只有脚知道，用于提升人体动力的外骨骼系统也是如此。《科学》杂志近日发文称，研究人员研发出一种外骨骼系统的优化方法，能为使用者量身定制最优助力模式，从而结束了外骨骼系统均*****的历史。在对健康参与者的测试中，与无助力系统（此时外骨骼相当于一只较重的鞋）相比，优化的单脚脚踝外骨骼令行走时能耗减少24%。
论文第一作者、南开大学计算机与控制工程学院副教授张娟娟告诉科技日报记者，外骨骼的设计初衷是提升人体动力，比如在行动时减少能耗。然而，由于人体的复杂性，每个人在自然条件或有外力干扰时的运动方式不尽相同，用外骨骼施加同样的助力在不同人体上可能产生截然不同的反应。
为了创制更个性化、更有效的外骨骼，张娟娟与美国卡内基梅隆大学研究人员一起研发了一种私人定制方法。该方法能根据人体代谢耗能在线调节外骨骼的助力模式，找到适合用户的最优模式。
实验中，该系统以4个参数改变脚踝外骨骼协助行走的方式：最大助力、出现最大助力的时间、助力从零增至最大值的时长和从最大值回降至零的时长。行走约1小时这一过程中，该系统用一个模仿自然选择的优化方法，不断改变助力模式并进行优胜劣汰，最终确定适合此人的最优模式。用此方法对单脚脚踝外骨骼进行优化后，11名受试者的行走能耗对比无助力模式平均减少了24%，而穿双侧脚踝外骨骼的受试者能耗降幅达33%。
值得一提的是，受试者穿戴优化外骨骼更长时间行走后，能耗会进一步降低，这表明，在使用外骨骼时人体会逐渐学习和适应该装置，从而实现进一步的优化。（来源：科技日报 姜靖）
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