一套个性化的行走服

人们很少以恒定的速度和单一的坡度行走。当我们赶去下一个约会地点，赶上人行横道的信号，或者去公园散步时，我们会改变速度。斜坡也在不断变化，无论是徒步旅行还是爬上斜坡进入建筑物。除了环境因素，我们走路的方式还受到性别、身高、年龄和肌肉力量的影响，有时还受到神经或肌肉紊乱的影响，例如中风或帕金森病。

这种人与任务的可变性是设计可穿戴机器人在现实世界条件下辅助或增强行走的主要挑战。到目前为止，定制可穿戴机器人协助个人行走需要数小时的手动或自动调整——这对健康的人来说是一项乏味的任务，而对老年人或临床病人来说往往是不可能的。

现在，来自哈佛大学海洋科学与工程学院的研究人员开发了一种新的方法exosuit辅助可以针对个人进行校准，并在几秒钟内适应各种现实世界的步行任务。该仿生系统使用超声波测量肌肉动力学，为exosuit用户开发个性化和特定活动的辅助配置文件。

“我们基于肌肉的方法能够相对快速地生成个性化的辅助配置文件，为行走的人提供真正的好处，”罗伯特·d·豪说，他是雅培和詹姆斯·劳伦斯工程教授，也是这篇论文的合著者。

之前的生物启发的尝试发展个性化的帮助配置文件机器人exosuit着重于穿戴者四肢的动态运动。SEAS的研究人员采取了不同的方法。这项研究是Howe的哈佛生物机器人实验室和由Conor J. Walsh管理的哈佛生物设计实验室的合作，前者在超声成像和实时图像处理方面有丰富的经验，后者是SEAS的工程和应用科学Paul a . Maeder教授，负责开发软件可穿戴式机器人增强和恢复人类的表现。

“我们使用超声波来观察皮肤下面，并直接测量用户的肌肉在几个行走任务中做了什么，”Richard Nuckols说，他是海洋科学与工程学院的博士后研究助理，也是这篇论文的第一作者之一。“我们的肌肉和肌腱具有顺应性，这意味着四肢的运动和驱动它们运动的底层肌肉之间不一定有直接的对应关系。”

研究小组将一个便携式超声波系统绑在参与者的小腿上，并在他们进行一系列步行任务时对他们的肌肉进行成像。“从这些预先录制的图像中，我们估计辅助力与小腿肌肉平行施加，以抵消它们在步行周期的推离阶段需要执行的额外工作。”该研究的共同第一作者、海洋科学与工程学院和艺术与科学研究生院的研究生Krithika Swaminathan说。

新的系统只需要几秒钟的行走，甚至一步就足够了，就可以捕捉到肌肉的轮廓。

对于每一个超声波生成的剖面，研究人员然后测量了人们在穿着或不穿外服行走时消耗了多少代谢能量。研究人员发现，exosuit提供的以肌肉为基础的帮助显著降低了在一系列步行速度和坡度下行走时的代谢能量。

与之前发表的研究相比，exosuit还应用了更低的辅助力来实现相同或改善代谢能量效益。“通过直接测量肌肉，我们可以更直观地与穿着外服的人合作，”该研究的共同第一作者、海洋科学与工程学院和GSAS的研究生李尚俊(Sangjun Lee)说。“通过这种方式，exosuit不会让穿着者感到难以驾驭，而是与他们协同工作。”

在真实环境中进行测试时，这套外服能够迅速适应行走速度和坡度的变化。

接下来，研究团队的目标是对系统进行持续、实时的调整。沃尔什是这篇论文的资深作者，他说:“这种方法通过提供舒适、量身定制和适应性强的辅助，可能有助于支持可穿戴机器人在真实世界和动态环境中的应用。”

这项研究发表在科学的机器人．