可穿戴传感器可以帮助释放套装在现实环境中的潜力

穿着套装可以帮助人们从受伤中恢复过来，甚至可以在他们背着重物时给他们带来额外的活力。

但是，根据威斯康星大学麦迪逊分校和哈佛大学的研究人员的说法，今天并不是每个戴上可穿戴机器人的人都能立即从帮助中获益。

研究团队首次利用独特的可穿戴传感器直接测量穿着套装时背着沉重背包的人的跟腱受力。研究人员在实验室中进行了严格的生物力学实验，但值得注意的是，这些系统是戴在身上的，而且是便携式的。这使团队能够对一个人进行额外的户外测试，以证明其在现实世界中的可行性。该团队于2022年10月19日在《科学机器人》杂志上发表了研究结果。

“令人兴奋的是，我们能够在户外使用套装并获得跟腱力的这些直接测量值。这是朝着在现实环境中充分发挥套装潜力迈出的一大步，”威斯康星大学麦迪逊分校机械工程专业的DylanSchmitz说博士该论文的候选人和共同第一作者。

“在某些情况下，拥有实验室限制的外衣仍然是一个好处——例如在临床环境中与患者一起工作。但是如果你想把这些设备和人一起送回家，或者如果一个人想买一个用于个人使用，然后了解套装在这些环境中的表现非常重要。”

研究人员的发现强调了为用户定制套装的重要性，这样它才能在真实环境中发挥更大的作用。

套装会引起穿戴者生物力学的特定变化——例如，可以对戴在人脚踝上的机器人设备进行编程，使其在行走过程中恰好在正确的时间拉动，从而有可能减轻小腿肌肉和跟腱的负担。

到目前为止，为个人穿戴者创造理想的效果仍然具有挑战性——而且还没有一种好的方法来直接测量一个人使用外装护具时肌肉和肌腱组织负荷的变化。

威斯康星大学麦迪逊分校和哈佛大学的研究团队解决了这一挑战，采用了一种独特的可穿戴传感器，称为剪切波张力计。由威斯康星大学麦迪逊分校的工程师开发，并于2018年在NatureCommunications的第一次迭代中披露，这种简单的非侵入性设备很容易安装在肌腱上方的皮肤上。张力计使研究人员能够通过观察肌腱在承受载荷时的振动特性如何变化来直接评估肌腱力，就像它在运动过程中一样。

在研究人员的研究中，八名参与者穿着由哈佛研究人员开发的由柔软纺织品和致动器制成的完全便携的踝关节外衣。参与者都是健康的年轻人，他们背负着不同重量的背包，在装有不同程度的外装护甲辅助装置的跑步机上行走。在这些测试中，研究人员测量了几个生物力学参数，还使用张力计直接测量跟腱上的负荷。

正如预测的那样，研究人员发现，当他们增加背包的重量时，跟腱力会增加。

然而，当参与者穿上套装来帮助他们承载负荷时，结果就不是那么可预测了。对于一些参与者来说，套装显着降低了他们行走时跟腱所受的力——事实上，几乎就像他们没有背着沉重的背包一样。

但其他参与者发现跟腱力量几乎没有变化，这与研究人员的预期相反。

Schmitz说，这些混合结果可能部分是由于个体之间的差异，因为人们对外部施加的推压援助的反应不同。

“不同的人会对套装做出不同的反应，所以我们不能假设有一个适合所有人的套装控制器，”Schmitz说。

“这项研究强调了直接测量肌肉和肌腱力的重要性，以确保套装引起预期的生物力学变化。我们的张力计可以进行这些体内测量，它可以用作调整套装控制器工作的强大工具对不同环境中的个人用户有效。”

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