國外研發機器助力服裝，通過傳感器節省運動所需能量

據外媒報道，近日，內布拉斯加大學奧馬哈分校(UNO)和哈佛大學的研究人員合作研發一款機器助力服裝，可以讓人在運動時減少代謝，節省能量。這套衣服可以讓人在行走時節省 9.3% 的能量，在跑步時節約 4% 的能量，這個效果相當于佩戴者減重了 7.4 公斤和 5.7 公斤。

走路和跑步并不簡單，兩種步態中肌肉和關節的生物力學有著根本的區別，生物力學家常常把行走比作鐘擺，而跑步則是一種重心上下波動的彈簧運動。另外，行走時人體重心在站立狀態最高，而跑步時則是站立狀態重心最低。這些就讓發明同時協助走路和跑步的助力衣服有了很大挑戰。研究人員稱，他們正是在利用這些生物力學原理來開發步態分類算法，通過依附身上的傳感器來跟蹤人體重心的加速度，從而準確檢測佩戴者運動狀態的變化。

機器助力服裝外觀與構成

這套重達 5 公斤的裝備由織物包裹，在腰背和大腿處與腰帶連結，其在大腿處的裝置會產生拉伸作用，以協助髖部伸展。同時軀干部的傳感器在檢測佩戴者是在走路還是運動，大腿處的傳感器檢測腿部位置的變化，這時候裝備后面的馬達(驅動器)就會在佩戴者前腳落地之前拉伸裝備，這就可以幫助臀部伸肌，節約相同運動力度所消耗的能量。

這是首款能同時用于走路和跑步的機器助力衣服，這需要一套算法來同時適應走路和跑步的步態。裝備的功能由人工智能算法控制，后者可以檢測從步行到跑步的步態無縫切換，步態不同就需要不同的動作。而后腿在移動時，裝備是松弛的，沒有任何限制。

在研究人員的跑步機試驗中，6 名男性參與者進行了 0.5 米/秒到 4 米/秒的運動試驗，在所有速度梯度以及兩種步態下，算法對步態的區分達到了 100% 準確，算法還能對上坡、下坡有準確適應。8 名男性參與了戶外路面試驗，步態分類的準確率是 99.98%，試驗中有 2 步被錯誤分類，研究人員分析認為可能是步態切換后第一步的質心能量擾動結果。

研究人員指出，該裝置具有明確的康復潛力。然而，研究人員希望將其應用于其他領域，例如工業工作，甚至是徒步等休閑活動。“看到我們的方法能進展到這個程度是非常令人滿意的，我們很高興繼續將其應用于一系列應用，包括幫助那些有步態障礙的人，有可能受傷的行業工作人員執行體力勞動，或參與周末休閑運動的人士等。”盡管具有商業潛力，但研究人員并未提及其他可能的商業化計劃。