對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，步行似乎不是負(fù)擔(dān)，但對(duì)于少部分人來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)卻常常讓他們感到筋疲力盡。例如對(duì)于從手術(shù)或中風(fēng)中恢復(fù)過(guò)來(lái)的患者，帕金森氏病患者，行動(dòng)不便的患者，甚至對(duì)于在困難的地形上行走，跑步或奔跑的士兵或消防員來(lái)說(shuō)，大量步行也是一件艱辛的事情。

 

　　多年來(lái)，許多研究人員一直在思考這個(gè)問(wèn)題，也開發(fā)了許多外部設(shè)備，這些設(shè)備一旦被用戶佩戴，便可以比通常情況下更輕松地移動(dòng)，行走和運(yùn)行。這些年來(lái)，已經(jīng)開發(fā)出各種各樣的“機(jī)器人外骨骼”或機(jī)器人服，以減少步行和跑步時(shí)用戶的能量消耗（或新陳代謝率）。然而，到目前為止，正如中安大學(xué)的Giuk Lee教授說(shuō)的那樣：“機(jī)器人外骨骼往往笨重；當(dāng)步行實(shí)驗(yàn)顯示出令人鼓舞的結(jié)果時(shí)，隨著設(shè)備重量增加，機(jī)器人協(xié)助跑步所消耗的能量超過(guò)了機(jī)器人帶來(lái)的便利。”

 

　　正如李教授及其同事在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的論文中所解釋的那樣，問(wèn)題在于“走路和跑步具有根本不同的生物力學(xué)，這使得開發(fā)能夠同時(shí)幫助步態(tài)的裝置具有挑戰(zhàn)性。” 為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，科學(xué)家展示了他們新開發(fā)的外衣，主要由織物背心，皮帶和大腿包裹物制成，就像我們?cè)谌粘Ｉ钪写┑囊路粯?。這些組件通過(guò)電線連接，并裝有電池和類似電動(dòng)機(jī)的裝置（執(zhí)行器）。該設(shè)備重量?jī)H為5千克，可方便地安裝在腰部周圍，以幫助髖部伸展肌肉并允許更大范圍的運(yùn)動(dòng)。更重要的是，這種防寒服可以在步行和跑步步態(tài)之間自動(dòng)切換輔助模式，以實(shí)現(xiàn)最大的輔助效率。
 

 

　　科學(xué)家們?cè)诓煌匦蔚呐懿綑C(jī)和戶外跑道上測(cè)試了他們的原型，以研究在不同條件下穿外衣所節(jié)省的能源。他們使用一種算法對(duì)步態(tài)（步行或跑步）進(jìn)行分類，該步態(tài)向設(shè)備提供了反饋并相應(yīng)地調(diào)整了輔助模式。這使得穿著防護(hù)服的人可以將執(zhí)行器啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)與算法確定的步態(tài)相匹配，從而最大程度地節(jié)省能量。室內(nèi)和室外測(cè)試表明，該算法能夠在超過(guò)99.98％的時(shí)間內(nèi)正確識(shí)別步行和跑步步態(tài)。

 

　　一旦他們確認(rèn)了算法的準(zhǔn)確性，科學(xué)家便研究了外衣的輔助功能所節(jié)省的新陳代謝。他們發(fā)現(xiàn)，穿外衣輔助可以將以1.5米/秒（4.8公里/小時(shí)）的速度行走時(shí)的能源成本降低9.3％，相當(dāng)于用戶減少7.4千克。他們還成功地確保了跑步任務(wù)（每秒2.5米或每小時(shí)9公里的速度）期間的節(jié)能，其中輔助功能使新陳代謝率降低了4％，相當(dāng)于減輕了5.7公斤的體重。這種節(jié)能措施似乎微不足道，但據(jù)李教授及其同事說(shuō)：“盡管新陳代謝率發(fā)生了變化，相對(duì)適中，它們的大小與已被證明足以改善最大步行和跑步性能的大小相似。因此，我們認(rèn)為，這些節(jié)能措施可能會(huì)導(dǎo)致最大性能的成比例提高，例如在越野過(guò)程中。”

 

　　最終，與以前的護(hù)膝服完全依靠膝蓋功能不同，該新設(shè)備使用髖關(guān)節(jié)伸展來(lái)驅(qū)動(dòng)腿部運(yùn)動(dòng)，這使得護(hù)膝服特別適合膝蓋以上的截肢者和其他缺乏完整膝蓋功能的人。通過(guò)利用髖關(guān)節(jié)伸展的力量，這種機(jī)器人套裝的用戶將能夠在各種地形中實(shí)現(xiàn)更高的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，并根據(jù)需要在跑步和步行之間無(wú)縫切換。

 

　　最后，李教授說(shuō)：“我們期望這種“可穿戴機(jī)器人”將有很多用途，例如用于幫助老年患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練以及提高士兵或消防員的工作效率。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我們可以設(shè)想這種防護(hù)服就像一直掛在衣柜里一樣，就像我們每天穿的衣服一樣。”