国外研发机器助力服装 可节省行走和跑步所需能量

　　据外媒报道，近日，内布拉斯加大学奥马哈分校（UNO）和哈佛大学的研究人员合作研发一款机器助力服装，可以让人在运动时减少代谢，节省能量。这套衣服可以让人在行走时节省 9.3% 的能量，在跑步时节约 4% 的能量，这个效果相当于佩戴者减重了 7.4 公斤和 5.7 公斤。

　　走路和跑步并不简单，两种步态中肌肉和关节的生物力学有着根本的区别，生物力学家常常把行走比作钟摆，而跑步则是一种重心上下波动的弹簧运动。另外，行走时人体重心在站立状态最高，而跑步时则是站立状态重心最低。这些就让发明同时协助走路和跑步的助力衣服有了很大挑战。研究人员称，他们正是在利用这些生物力学原理来开发步态分类算法，通过依附身上的传感器来跟踪人体重心的加速度，从而准确检测佩戴者运动状态的变化。

机器助力服装外观与构成（来源：Science）

　　这套重达 5 公斤的装备由织物包裹，在腰背和大腿处与腰带连结，其在大腿处的装置会产生拉伸作用，以协助髋部伸展。同时躯干部的传感器在检测佩戴者是在走路还是运动，大腿处的传感器检测腿部位置的变化，这时候装备后面的马达（驱动器）就会在佩戴者前脚落地之前拉伸装备，这就可以帮助臀部伸肌，节约相同运动力度所消耗的能量。

　　这是首款能同时用于走路和跑步的机器助力衣服，这需要一套算法来同时适应走路和跑步的步态。装备的功能由人工智能算法控制，后者可以检测从步行到跑步的步态无缝切换，步态不同就需要不同的动作。而后腿在移动时，装备是松弛的，没有任何限制。

　　在研究人员的跑步机试验中，6 名男性参与者进行了 0.5 米/秒到 4 米/秒的运动试验，在所有速度梯度以及两种步态下，算法对步态的区分达到了 100% 准确，算法还能对上坡、下坡有准确适应。8 名男性参与了户外路面试验，步态分类的准确率是 99.98%，试验中有 2 步被错误分类，研究人员分析认为可能是步态切换后第一步的质心能量扰动结果。

        研究人员指出，该装置具有明确的康复潜力。然而，研究人员希望将其应用于其他领域，例如工业工作，甚至是徒步等休闲活动。“看到我们的方法能进展到这个程度是非常令人满意的，我们很高兴继续将其应用于一系列应用，包括帮助那些有步态障碍的人，有可能受伤的行业工作人员执行体力劳动，或参与周末休闲运动的人士等。”尽管具有商业潜力，但研究人员并未提及其他可能的商业化计划。