具有超人反應能力的機器人靴子可以幫助您保持平衡。一項新的研究表明，增強平衡的關(guān)鍵是擁有比人類反應時間更快的靴子。

當人滑倒或絆倒時，他們恢復平衡的反應比某些機器的反應要慢得多。對于人類和其他有腿的動物來說，生物傳感器需要時間向神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)送信號，然后啟動肌肉。機器人可以更快地行動，使用電線而不是神經(jīng)來發(fā)送信號。

但眾所周知，機器人的平衡能力仍然很差，因為它們還不能模仿人類在平衡受到挑戰(zhàn)時的反應。這項研究背后的生物力學工程師和康復生理學研究人員著眼于運動的神經(jīng)生理學。在這項研究中，他們試圖回答可穿戴機器人——如動力下肢外骨骼或假肢——是否可以改善平衡并超過正常基線的問題。

在這張復合時間序列圖像中，一名穿著機器人下肢外骨骼的測試對象向前傾斜，但不需要邁步來保持平衡。他們使用電動地板從字面上“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，他們對外靴進行了編程，讓參與者以與自然反應相同的延遲或人為的速度比人類可能的反應更快地提供幫助，并將其與根本不提供外靴幫助進行比較。

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

同時，他們記錄了外靴“試飛員”的生理反應，以查看該設備是否在模仿——或可能干擾——他們潛在的平衡反應。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。肌肉拉伸會產(chǎn)生神經(jīng)系統(tǒng)啟動平衡反應所需的關(guān)鍵感覺信號。

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

為何重要

人們往往認為平衡是理所當然的。但每走一步都有跌倒的可能，嚴重的跌倒是隨著年齡增長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時間地保持活躍。

這個下肢外骨骼的超快反應幫助這個測試對象在地板移動時保持雙腳站立。該領域正在進行哪些其他相關(guān)研究

使用可穿戴機器人來幫助移動，尤其是平衡，長期以來一直是科學家和工程師的夢想。但迄今為止的研究主要集中在提供動力輔助，以便更輕松地走得更快或更長。除了一些有前途的基于實驗室的研究設備外，可穿戴機器人領域并沒有太多關(guān)注平衡。

過去十年的技術(shù)進步為最先進的可穿戴機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更快地做出反應。

下一步是什么

這項研究是一個概念驗證演示，表明外骨骼可以在受控實驗室環(huán)境中改善沒有平衡問題的年輕人的簡單直立站立任務中的平衡。要使可穿戴機器人在日常生活中保持平衡并改善老年人、中風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)可以預測跌倒風險并實現(xiàn)個性化超人平衡的人工智能。