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2022年09月17日

机器人长裤可以帮助残疾人再次行走

一日解决流动性问题的方法是否像拉一条裤子一样容易？布里斯托大学教授乔纳森·罗西特（Jonathan Rossiter）领导的一个研究小组最近推出了一条机器人长裤原型，他们希望它们可以帮助一些残疾人在没有其他帮助的情况下行走。

作为一名研究如何帮助脊椎受伤的人再次移动四肢的工程师，我敏锐地意识到丧失行动能力会如何影响一个人的生活质量，以及如何恢复这种运动会有所帮助。考虑到残疾人的数量惊人的人（超过6.5米人与流动性问题仅在英国）和我们的人口老龄化，改善流动性可以帮助人口的一大段的设备中国机械网okmao.com。

尽管进行了50年的研究，但这种技术很少在实验室外采用。那么，机器人长裤的新颖发展是否正在逐步将可移动的技术带入家庭？

与《华莱士和格罗米特》动画电影《错误的裤子》中的刚性机器人设备不同，新的所谓的“右裤子”使用柔软的人造肌肉来创造运动并利用穿戴者的真实肌肉。这些模仿人类的肌肉只是通过变短并在两端拉力来产生力量。

通过将几条人造肌肉捆扎在一起，辅助裤可以移动膝盖等关节，并帮助用户进行诸如从椅子上站起来的运动。由于人造肌肉具有弹性和柔软性，因此比刚性机器人外骨骼中使用的传统马达更安全，刚性外骨骼虽然功能强大，但是却僵硬且不舒适。

研究人员针对如何缩短人造肌肉并产生运动提出了几种不同的想法。一种设计适应了空气肌肉的概念，它是有效的气球，可以在向侧面充气并在充满空气时缩短长度。

另一种建议的设计是使用电来缩短由放置在两个铜板之间的凝胶制成的人造肌肉。凝胶被吸引到高电压区域。因此，在板上产生两个不同的电压会迫使凝胶在其中之一上收缩，使它们更靠近在一起并缩短肌肉。

集成在辅助裤中的另一项技术是功能性电刺激（FES）。精心编织在裤子上的编织电极可以将经过特殊设计的电脉冲发送到体内，以劫持大脑和肌肉之间的通讯通道，并直接命令肌肉收缩。通过使用现有的肌肉并绕过大脑，辅助裤甚至可以命令穿戴者可能难以使用的肌肉（例如由于中风）。

裤子还可以通过特殊制造的塑料护膝帮助在长时间站立时挣扎的使用者，这种护膝在冷却时会变硬。控制牙套的温度可以使膝盖移动或锁定在适当的位置，以保持站立状态，而无需花费太多的力气（真实的或人造的）。

其他功能还包括一条自动皮带，其使用类似于空气肌肉的机制，可以轻松安全地穿上和脱下裤子。

护膝。图片来源：布里斯托大学

研究人员建议创建一个嵌入式电子系统，该系统可以从整个裤子中嵌入的传感器接收有关穿戴者运动和状态的信息，并控制所有系统以根据用户需求调整运动。电子设备将允许用户通过直接编织在裤子上的控件来控制其运动。挑战将是响应用户的姿势来定时人造肌肉的运动和真实肌肉的电刺激。

仍然存在的挑战

合适的长裤在将最先进的研究和成熟的技术融合到一个原型中的方法方面是独一无二的。除了机器人长裤的新颖性之外，使该设备成为实用辅助技术如此引人注目的原因还在于它可以适应许多不同的用户。这使人们希望它可以在以前的其他企业失败的地方被广泛采用。

但是，这只是原型。一个有效的产品可能至少需要五年的时间，并且必须回答重要的问题才能到达该阶段。它会将所需的所有电量存储在哪里？如何将所有系统小型化并嵌入裤子中，以免它们变得笨重而笨拙？在用户要行走的真实环境不断变化的复杂性中，控制器能否预测出最佳措施？

还有其他技术有可能进一步改善裤子。现在可以在可帮助瘫痪者再次移动的系统中使用可以解码脑信号的脑机接口。通过思想控制辅助裤可能会使许多人轻松地再次迈出一步。