動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。根據疾病控制與預防中心的數據，每年約有2900萬跌倒，近27,000人死亡。一種新的可穿戴外骨骼，可以防止人滑倒時失去平衡，可以通過使老年人(以及身體殘障人士)保持穩(wěn)定的腳來防止此類事故。

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

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其他外骨骼，無論是正在開發(fā)中的還是在當今市場上，都有助于運動并減輕重物的重量。舉例來說，倉庫工人在穿著時，可以舉起沉重的箱子，自己無法自己撿起箱子。士兵們可以背著沉重的背包行走數英里而不會累。行動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，這些設備都無法預測佩戴者接下來將要做什么，并沒有采取措施糾正擺動。

摩納哥說：“我們想驗證這些設備是否可以幫助人們并提高他們的能力。”

看來他們已經做到了。

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

穿著外骨骼時，一個人可能會感覺到大括號和馬達在大腿上輕推。如果它們的步幅偏離正常水平，則電動機會在支架上產生扭矩，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。

在實驗中，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上行走時穿著外骨骼，該跑步機有兩條皮帶，每條皮帶可以獨立移動以引起打滑。參與者還被綁在懸掛的安全帶中，以防止他們在外骨骼不起作用時跌落。

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

他們發(fā)現，在所有情況下，APO都會在大約350毫秒內檢測到步幅偏差，并及時接合電動機以提供穩(wěn)定性并防止跌落。該設備僅在需要時以必要的數量提供穩(wěn)定性，決不會提供過多或過多的穩(wěn)定性。

摩納哥說：“根據情況，它基本上可以增加髖關節(jié)的僵硬度。”

盡管原型適用于所有10個主題，但該團隊仍需要進行其他實驗，以測試其在更大的人群和不同地形上的運作情況。

摩納哥說，他對該設備的工作如此出色感到非常驚訝。他說：“我們處于非?？煽氐臓顟B(tài)。一切都受到良好控制。但是仍然有一些我們無法考慮的變量。” “最重要的是人。”

每個人都有自己獨特的進步。

他說：“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：“基本上，我們調查了跌倒的一個主要原因，即滑倒，但我們知道滑倒和絆倒是跌倒的最常見原因。” “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。但是他認為不會花很長時間。

“在未來的三年中，我們希望開發(fā)出一些商業(yè)上可用的東西。”