動(dòng)力外骨骼可防止老年人摔倒

每天幾乎有每秒的成年人跌倒在美國(guó)。根據(jù)疾病控制與預(yù)防中心的數(shù)據(jù)，每年約有2900萬(wàn)跌倒，近27,000人死亡。一種新的可穿戴外骨骼，可以防止人滑倒時(shí)失去平衡，可以通過(guò)使老年人(以及身體殘障人士)保持穩(wěn)定的腳來(lái)防止此類事故。

主動(dòng)骨盆矯形器(APO)系統(tǒng)仍處于原型階段，其研究人員來(lái)自意大利的Scuola Sant'Anna和瑞士的EPFL(法國(guó)洛桑理工學(xué)院)，他們希望制造出一種輕巧，可穿戴的外骨骼，可以檢測(cè)到以下跡象：平衡損失，僅在需要時(shí)協(xié)助平衡恢復(fù)。BioRobotics Institute的助理教授，今天(5月11日)在《科學(xué)報(bào)告》中發(fā)表的關(guān)于外骨骼的研究的主要作者維托·摩納哥(Vito Monaco)說(shuō)，這種能力在當(dāng)今的任何可穿戴外骨骼中都不存在。

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其他外骨骼，無(wú)論是正在開(kāi)發(fā)中的還是在當(dāng)今市場(chǎng)上，都有助于運(yùn)動(dòng)并減輕重物的重量。舉例來(lái)說(shuō)，倉(cāng)庫(kù)工人在穿著時(shí)，可以舉起沉重的箱子，自己無(wú)法自己撿起箱子。士兵們可以背著沉重的背包行走數(shù)英里而不會(huì)累。行動(dòng)不便的人在使用輪椅或需要拐杖多年后可以再次行走。但是，這些設(shè)備都無(wú)法預(yù)測(cè)佩戴者接下來(lái)將要做什么，并沒(méi)有采取措施糾正擺動(dòng)。

摩納哥說(shuō)：“我們想驗(yàn)證這些設(shè)備是否可以幫助人們并提高他們的能力。”

看來(lái)他們已經(jīng)做到了。

3公斤(6.7磅)的外骨骼完全是由研究小組從零開(kāi)始建造的，旨在戴在身體的下半部分。一條腰帶連接到兩個(gè)可移動(dòng)的碳纖維支架，每個(gè)支架位于大腿外側(cè)。計(jì)算機(jī)電路中的微型電動(dòng)機(jī)和所謂的“自適應(yīng)振蕩器”使用一種特殊的算法來(lái)檢測(cè)佩戴者的獨(dú)特步態(tài)。這部分只需幾分鐘。

穿著外骨骼時(shí)，一個(gè)人可能會(huì)感覺(jué)到大括號(hào)和馬達(dá)在大腿上輕推。如果它們的步幅偏離正常水平，則電動(dòng)機(jī)會(huì)在支架上產(chǎn)生扭矩，從而使它們變硬并向大腿施加更大的力，從而提供穩(wěn)定性。

在實(shí)驗(yàn)中，摩納哥和他的同事研究了10名受試者，其中兩名是平均年齡為65.5歲的被截肢者，另外八名是平均年齡為68.9歲的老人。受試者在分裂皮帶式跑步機(jī)上行走時(shí)穿著外骨骼，該跑步機(jī)有兩條皮帶，每條皮帶可以獨(dú)立移動(dòng)以引起打滑。參與者還被綁在懸掛的安全帶中，以防止他們?cè)谕夤趋啦黄鹱饔脮r(shí)跌落。

為了了解APO的工作效果，研究人員讓每個(gè)人都穿著外骨骼在跑步機(jī)上行走，可以將其調(diào)整為是否可以在輔助模式下工作。

他們發(fā)現(xiàn)，在所有情況下，APO都會(huì)在大約350毫秒內(nèi)檢測(cè)到步幅偏差，并及時(shí)接合電動(dòng)機(jī)以提供穩(wěn)定性并防止跌落。該設(shè)備僅在需要時(shí)以必要的數(shù)量提供穩(wěn)定性，決不會(huì)提供過(guò)多或過(guò)多的穩(wěn)定性。

摩納哥說(shuō)：“根據(jù)情況，它基本上可以增加髖關(guān)節(jié)的僵硬度。”

盡管原型適用于所有10個(gè)主題，但該團(tuán)隊(duì)仍需要進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)，以測(cè)試其在更大的人群和不同地形上的運(yùn)作情況。

摩納哥說(shuō)，他對(duì)該設(shè)備的工作如此出色感到非常驚訝。他說(shuō)：“我們處于非常可控的狀態(tài)。一切都受到良好控制。但是仍然有一些我們無(wú)法考慮的變量。” “最重要的是人。”

每個(gè)人都有自己獨(dú)特的進(jìn)步。

他說(shuō)：“令我們驚訝的是，幾乎所有的人都使用相同的策略。”

但是他們還有更多工作要做。

摩納哥說(shuō)：“基本上，我們調(diào)查了跌倒的一個(gè)主要原因，即滑倒，但我們知道滑倒和絆倒是跌倒的最常見(jiàn)原因。” “所有跌倒的百分之七十是由于打滑或絆倒造成的。”

為了兼顧兩者，他們需要使算法盡可能通用，以管理差異。但是他認(rèn)為不會(huì)花很長(zhǎng)時(shí)間。

“在未來(lái)的三年中，我們希望開(kāi)發(fā)出一些商業(yè)上可用的東西。”