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外骨骼研究证明了训练的重要性

导读研究人员说,外骨骼设备有多种用途,例如加快我们的步行速度或使跑步更容易。然而,他们不知道究竟是什么使外骨骼有效。例如,定制有什么好

研究人员说,外骨骼设备有多种用途,例如加快我们的步行速度或使跑步更容易。然而,他们不知道究竟是什么使外骨骼有效。例如,定制有什么好处?简单地习惯外骨骼有多大影响?斯坦福大学斯坦福生物机电一体化实验室的研究人员研究了这些问题,发现训练在外骨骼提供帮助方面起着非常重要的作用。

“人们在学习新任务方面非常出色,”斯坦福生物机电一体化实验室前成员、21 年博士 Katherine Poggensee 说。“因此,仅通过培训——只要让人们有时间学习如何自己使用设备——他们就可以从我们的设备中获益匪浅。”

为了揭开外骨骼成功的秘诀,Poggensee 和机械工程副教授兼生物机电一体化实验室负责人史蒂夫柯林斯监测了 15 名配备脚踝外骨骼模拟器的人的进展情况,该模拟器是一种附着在鞋内和脚踝周围的装置。一个人的腿并模仿动力外骨骼,但允许通过基于实验室的特殊控制器进行大量定制和微调。

这些人以前从未使用过外骨骼,虽然他们都从训练中受益,但不同的方法产生了截然不同的结果。与关闭外骨骼行走相比,接受最有利训练条件的参与者在外骨骼辅助下行走时消耗的能量减少了近 40%。在所有参与者中,研究人员确定训练贡献了外骨骼提供的整体益处的一半左右。9 月 29 日发表在Science Robotics 上的一篇论文详细介绍了这项研究。

“给我们同事的主要信息是:我们需要提升我们的实验性游戏。我们需要真正训练人,”柯林斯说,他将外骨骼体验描述为不像穿上超级英雄的智能盔甲,而更像是骑自行车。“一旦你学会了如何做好,你就可以穿上外骨骼开始走路,这很容易——但成为专家确实需要一点时间。”

花时间

研究人员关注三个主要问题:我们能否通过给人们一个设备并让他们长时间行走来训练他们使用外骨骼?如果我们让人们接触各种外骨骼行为,我们能帮助他们更快地训练吗?而且,一旦人们接受了全面培训,外骨骼的定制控制如何影响表现?

参与者被分为三个主要小组,每个小组都经历了五天的培训。一组接受外骨骼模拟器的通用帮助(基于过去对参与者的帮助),另一组在整个研究过程中根据他们的特定需求不断优化设备,第三组经历了每天重置的优化。正如预期的那样,持续优化组的参与者看到了能量消耗的最大下降,并且因为他们接触到了一些外骨骼行为的多样性,所以更快地获得了这些好处。

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