外骨骼研究人员说，这些设备有多种用途，比如加速我们的步行或使跑步更容易。然而他们不知道是什么让外骨骼有效。例如，定制的好处是什么?仅仅是适应外骨骼有多重要呢?斯坦福大学生物机械电子学实验室的研究人员对这些问题进行了研究，发现训练在外骨骼提供帮助的能力方面扮演着非常重要的角色。
Katherine Poggensee博士曾是斯坦福生物机电实验室的成员，她说:“人们很擅长学习新任务。”“因此，通过单独培训——只是给人们时间学习如何自己使用设备——他们可以从我们的设备中获得巨大的好处。”
为了揭开外骨骼成功的秘密，Poggensee和机械工程副教授兼生物机电实验室负责人Steve Collins，监测了15名安装了踝关节外骨骼仿真器的人的工作进度。踝关节外骨骼仿真器是一种连接到鞋子和人腿柄周围的设备，可以模拟动力外骨骼，但可以通过基于实验室的特殊控制器进行大量定制和微调。
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这些人以前从未使用过外骨骼，但虽然他们都从训练中受益，但不同的方法产生的结果截然不同。那些接受了最有利的训练条件的参与者，在外骨骼帮助下行走时消耗的能量比关闭外骨骼行走时少近40%。在所有参与者中，研究人员确定训练贡献了外骨骼提供的全部好处的一半。
“我们向同事传达的主要信息是:我们需要加强我们的实验游戏。我们真的需要训练人们，”柯林斯说，他将外骨骼体验描述为不太像穿上超级英雄的智能盔甲，而更像骑自行车。“一旦你学会如何做得很好，你就可以穿上外骨骼，开始走路，这很容易，但要成为专家需要一段时间。”
花时间
研究人员主要关注三个问题:我们是否可以通过给人们一个设备并让他们长时间行走来训练他们使用外骨骼?如果我们让人们接触各种外骨骼行为，我们能帮助他们更快地训练吗?而且，一旦人们接受了充分的训练，定制的外骨骼控制如何影响性能?
参与者被分成三个主要小组，每个小组都接受了五天的培训。一组接受外骨骼模拟器的一般帮助(基于过去帮助参与者的内容)，另一组在整个研究过程中根据他们的特定需求不断优化设备，第三组每天重置优化。正如预期的那样，持续优化组的参与者看到了能量消耗的最大下降，而且因为他们暴露在一些外骨骼行为的多样性中，所以更快地获得了这些好处。
波根西说:“我们没有想到的是，人们做得这么好。”
在最有利的群体中，持续优化和接触适中品种的人，减少了近40%的能量消耗。(许多参与者甚至没有意识到外骨骼的作用，直到他们在关闭外骨骼的情况下重新开始行走。)通过比较所有的测试，研究人员确定，大约一半的改善是训练造成的，大约四分之一是由于定制。波根泽强调，定制可能对那些有行动不便问题的人更为重要。
另一个令人惊讶的是，参与者花了多长时间才成为“专家”，研究人员将这一时间定义为他们的精力改善趋于稳定的时间。这需要在外骨骼模拟器中花费大约两个小时，相当于步行5英里。这听起来可能不长，但对于实验室研究来说，这是一个实质性的承诺。
“对于未来产品的用户来说，幸运的是，我们预计人们在使用设备的第一周就会积累大量的接触量。因此，它不应该阻止人们成为这方面的专家，”Collins说，他也是斯坦福大学以人为中心的人工智能研究所(HAI)的教员，该研究所为这项研究提供了资金。“但是，如果我们真的想了解人们在实验室中对某些新设备的反应，我们就需要冗长的协议。”
更好的培训
这项研究指出了更好地理解训练的价值，包括人们如何适应移动设备以及如何改进训练。波根塞说:“对我来说，最重要的一点是，我们需要让参与者来推动我们的研究。”“我们需要给他们时间来学习如何使用设备，这样我们就不会干扰他们的学习。”
这个团队的兴趣还在于，即使参与者获得了专家资格，经过几十小时的训练，他们的表现仍有缓慢的改善。为了真正充分利用外骨骼，研究人员可能需要研究人体自身是如何适应的;例如，肌肉加强的方式更好地利用设备。
目前，柯林斯和他的实验室正在研究如何加快获取专业知识，包括与斯坦福大学计算机科学家艾玛·布伦斯基尔的合作。他对外骨骼成为许多人生活中常见设备的潜力越来越乐观。
“外骨骼即将问世，”柯林斯说。“它们会改善你的生活，一旦你习惯了它们，你甚至可能不会注意到。”
这项研究发表在科学的机器人．
来源:斯坦福大学
