具有超人反應(yīng)能力的機(jī)器人靴子可以幫助您保持平衡。一項(xiàng)新的研究表明，增強(qiáng)平衡的關(guān)鍵是擁有比人類反應(yīng)時(shí)間更快的靴子。

當(dāng)人滑倒或絆倒時(shí)，他們恢復(fù)平衡的反應(yīng)比某些機(jī)器的反應(yīng)要慢得多。對(duì)于人類和其他有腿的動(dòng)物來說，生物傳感器需要時(shí)間向神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)，然后啟動(dòng)肌肉。機(jī)器人可以更快地行動(dòng)，使用電線而不是神經(jīng)來發(fā)送信號(hào)。

但眾所周知，機(jī)器人的平衡能力仍然很差，因?yàn)樗鼈冞€不能模仿人類在平衡受到挑戰(zhàn)時(shí)的反應(yīng)。這項(xiàng)研究背后的生物力學(xué)工程師和康復(fù)生理學(xué)研究人員著眼于運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)生理學(xué)。在這項(xiàng)研究中，他們?cè)噲D回答可穿戴機(jī)器人——如動(dòng)力下肢外骨骼或假肢——是否可以改善平衡并超過正?；€的問題。

在這張復(fù)合時(shí)間序列圖像中，一名穿著機(jī)器人下肢外骨骼的測(cè)試對(duì)象向前傾斜，但不需要邁步來保持平衡。他們使用電動(dòng)地板從字面上“拉出”健康的年輕參與者的地毯 - 將他們向前推向地面。他們要求他們保持平衡，雙腳保持原位，但有時(shí)滑倒幅度太大，以至于他們不得不邁出一步以避免面部著地。然后，他們對(duì)外靴進(jìn)行了編程，讓參與者以與自然反應(yīng)相同的延遲或人為的速度比人類可能的反應(yīng)更快地提供幫助，并將其與根本不提供外靴幫助進(jìn)行比較。

研究團(tuán)隊(duì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，只有擊敗人類對(duì)拳頭反應(yīng)的模式才能幫助用戶更快地恢復(fù)平衡，并防止他們采取任何措施來恢復(fù)。

同時(shí)，他們記錄了外靴“試飛員”的生理反應(yīng)，以查看該設(shè)備是否在模仿——或可能干擾——他們潛在的平衡反應(yīng)。使用超聲波，他們可以在皮膚下觀察小腿肌肉在滑倒過程中是如何伸展的。肌肉拉伸會(huì)產(chǎn)生神經(jīng)系統(tǒng)啟動(dòng)平衡反應(yīng)所需的關(guān)鍵感覺信號(hào)。

比人類更快的外靴平衡反應(yīng)實(shí)際上消除了小腿肌肉的拉伸信號(hào)，但對(duì)這些肌肉的控制信號(hào)，通常對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的反應(yīng)，仍然存在。這一發(fā)現(xiàn)突出表明，神經(jīng)系統(tǒng)不僅僅是一組對(duì)局部肌肉拉伸做出反應(yīng)的簡(jiǎn)單反射，而是從全身收集信息以在站立和行走時(shí)保持直立。

為何重要

人們往往認(rèn)為平衡是理所當(dāng)然的。但每走一步都有跌倒的可能，嚴(yán)重的跌倒是隨著年齡增長(zhǎng)健康狀況下降的首要原因。如果研究人員可以開發(fā)輔助技術(shù)來改善從這里到那里的平衡，它可以防止跌倒并使人們能夠更長(zhǎng)時(shí)間地保持活躍。

這個(gè)下肢外骨骼的超快反應(yīng)幫助這個(gè)測(cè)試對(duì)象在地板移動(dòng)時(shí)保持雙腳站立。該領(lǐng)域正在進(jìn)行哪些其他相關(guān)研究

使用可穿戴機(jī)器人來幫助移動(dòng)，尤其是平衡，長(zhǎng)期以來一直是科學(xué)家和工程師的夢(mèng)想。但迄今為止的研究主要集中在提供動(dòng)力輔助，以便更輕松地走得更快或更長(zhǎng)。除了一些有前途的基于實(shí)驗(yàn)室的研究設(shè)備外，可穿戴機(jī)器人領(lǐng)域并沒有太多關(guān)注平衡。

過去十年的技術(shù)進(jìn)步為最先進(jìn)的可穿戴機(jī)器人改善平衡開辟了新的可能性。世界各地的其他研究人員也正在調(diào)整現(xiàn)有的外骨骼系統(tǒng)，以使用受生物學(xué)啟發(fā)的控制算法來幫助平衡，這些算法最終可能能夠比人類的反射反應(yīng)更快地做出反應(yīng)。

下一步是什么

這項(xiàng)研究是一個(gè)概念驗(yàn)證演示，表明外骨骼可以在受控實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中改善沒有平衡問題的年輕人的簡(jiǎn)單直立站立任務(wù)中的平衡。要使可穿戴機(jī)器人在日常生活中保持平衡并改善老年人、中風(fēng)或脊髓損傷患者等平衡障礙患者的生活，還有很多工作要做。未來的研究將需要探索在其他下肢關(guān)節(jié)（如膝蓋和臀部）使用外骨骼，以開發(fā)可以預(yù)測(cè)跌倒風(fēng)險(xiǎn)并實(shí)現(xiàn)個(gè)性化超人平衡的人工智能。