研究人员的外衣和张力仪是完全便携的,可以在现实世界中进行测试。
穿外衣可以帮助人们从受伤中康复,如果他们携带重物,甚至可以给他们额外的魅力。
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,并不是今天每个戴上可穿戴机器人的人都能立即从援助中受益。
研究小组首次利用独特的可穿戴传感器直接测量穿着外衣背着沉重背包的人的跟腱上的力量。研究人员在实验室进行了严格的生物力学实验,但值得注意的是,这些系统戴在身上并且便于携带。这使得团队能够对一个人进行额外的户外测试,以证明现实世界的可行性。
“令人兴奋的是,我们能够在户外使用外衣并直接测量跟腱力。这是在现实世界中实现外衣全部潜力的一大步,“威斯康星大学麦迪逊分校机械工程博士候选人、该论文的共同第一作者迪伦施密茨说。
“在某些情况下,拥有实验室约束的外衣仍然是一种好处-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送回家,或者一个人想买一个供个人使用,那么了解外衣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外衣的重要性,以便在真实环境中更有用。
外套会引起穿着者生物力学的特定变化-例如,佩戴在人脚踝上的机器人设备可以被编程为在行走过程中在正确的时间拉动,以潜在地减轻小腿肌肉和跟腱的负荷。
到目前为止,对个人佩戴者创造所需的效果仍然具有挑战性-并且还没有一种好方法可以直接测量一个人使用外衣时肌肉和肌腱组织负荷的变化。
一名研究参与者在外面走动时穿着外衣和张力计。
横波张力仪
威斯康星大学麦迪逊分校和哈佛大学的研究小组已经解决了这一挑战,采用了一种称为横波张力仪的独特可穿戴传感器。由威斯康星大学麦迪逊分校的工程师开发,并于年在NatureCommunications上首次迭代中透露,这种简单,无创的设备很容易安装在肌腱上的皮肤上。张力仪使研究人员能够通过观察肌腱在承受载荷时(就像在运动过程中一样)的振动特性来直接评估肌腱力。
在研究人员的研究中,八名参与者穿着由柔软纺织品制成的完全便携式脚踝外衣和一个由哈佛研究人员开发的执行器。参与者都是健康的年轻人,他们走在仪器化的跑步机上,有不同程度的外衣辅助,同时携带一系列背包重量。在这些测试中,研究人员测量了几个生物力学参数,并使用张力仪直接测量跟腱上的负荷。
正如预测的那样,研究人员发现,随着背包重量的增加,跟腱力增加。
然而,当参与者穿着外衣帮助他们负重时,结果并不那么可预测。对于一些参与者来说,外衣大大减少了行走时跟腱上的力量——事实上,几乎就像他们没有背着沉重的背包一样。
但其他参与者看到跟腱力几乎没有变化,这与研究人员的预期背道而驰。
施密茨说,这些混合结果可能部分是由于个体之间的差异,因为人们对外部应用的推脱援助的反应不同。
“不同的人会以不同的方式对外衣做出反应,所以我们不能假设有一个一刀切的外衣控制器对每个人都有用,”施密茨说。
“这项研究强调了直接测量肌肉和肌腱力量的重要性,以确保外衣引起预期的生物力学变化。我们的表面张力仪可实现这些体内测量,并且可以用作调整外衣控制器的强大工具,以有效地为不同环境中的个体用户工作。