响应式踝关节外骨骼算法处理步伐和步态的变化

密歇根大学（University of Michigan）开发的一种新的控制算法，使未来的外骨骼能够自动适应个人用户和任务，从而使踝关节外骨骼能够帮助人们延长耐力，这离现实又近了一步。这将减少或消除手动重新校准的需要。

当前的外骨骼是有限的，因为它们必须为执行单个任务（如直线行走）的单个用户定制。任何更改都需要长时间的手动重新调整。新的控制算法显示了处理不同速度以及跑步和步行之间步态变化的能力。它可以为更好地处理现实世界中的不确定性的外骨骼铺平道路。

“这种特殊类型的脚踝外骨骼可以用来增强行动能力有限的人，”麻省理工大学工业与运营工程与机器人学副教授、发表在《PLOS ONE》上的这项研究的高级作者莱娅·斯特灵（Leia Stirling）说。

“这可能是一个年纪较大的成年人，他们通常不能和孙子一起步行去公园。但通过使用该系统，他们现在有了额外的帮助，可以比以前做得更多。”

控制算法直接测量肌肉纤维扩张和收缩的速度，以确定肌肉在工作时所使用的化学能量。然后，它将测量结果与生物模型进行比较，以确定最 佳的辅助方法。

直接测量肌肉生理学是与当前使用更广泛运动测量方法的关键区别。直接进入运动源可以在更大范围的运动中获得更精确的测量结果，而所需的计算能力要少得多。

斯特灵和第一作者、工业和运营工程高级研究领域专家保罗·普里德姆（Paul Pridham）将注意力集中在脚踝上，因为它在机动性方面起着关键作用。帮助脚踝的肌肉可能会对我们走得更远更快的能力产生巨大影响。

由于这项研究是在新冠肺炎限制期间进行的，因此不可能对人类参与者进行测试。相反，该团队使用了来自先前研究的现有踝关节外骨骼设备和肌肉动力学数据，来模拟、测试和调整算法，使其对速度和步态的变化更加敏感。

人体测试是重要的下一步，需要使用超声波实时测量肌肉纤维。尽管仍有许多工作和改进，但研究人员相信，新的研究途径有一天会帮助当地的人们。

普里德姆说：“这对任何人都有帮助的潜力，从经常走路的人到长期执行任务的军人，到需要额外帮助的肌肉疾病患者，以及需要日常帮助的老年人。”