独特的技术让人类在走路时站稳脚跟

由女王工程研究人员设计的外骨骼可提高步行效率，这是领先学术期刊《科学》上的一项新研究的主题。借助独特的外骨骼，步行科学正在迈出下一步，该外骨骼允许用户在消耗更少能量的情况下走得更远。由女王工程与应用科学学院的多学科团队开发，这种背包式原型可以在步态周期的特定阶段消除能量，降低步行的代谢成本。该设备的开发和评估细节今天发表在《科学》上——世界上最重要的学术期刊之一。

与现有的外骨骼技术不同，这些技术要么增加能量，要么将其从步态周期的一个阶段转移到另一个阶段，这种新设备通过在关键时刻(称为最终摆动阶段)去除有助于膝部肌肉的能量来帮助用户。

“在步行过程中从一个人的腿上去除能量听起来可能违反直觉，就像在行驶的汽车上踩刹车一样，”最近获得博士学位的 Michael Shepertycky 说。该研究的毕业生和主要作者，“但我们的肌肉在走路时自然会去除能量，而我们的设备可以帮助它们这样做。”

该团队设想这项技术 - 重量仅超过半公斤 - 使徒步旅行者能够走更远的距离或帮助护士在长时间移动后减少疲劳。

“由于其科学和实际意义，改善步行和跑步经济性一直是过去二十年的重要研究课题，”机械与材料工程副教授、该研究的合著者李庆国说。“步行是一个微妙且高度优化的过程，这使得很难使用外骨骼来提高步行效率。”

除了为用户提供帮助外，该设备还将移除的能量转化为电能，可用于为设备的控制系统和其他便携式设备供电。这种能量收集能力对于在偏远地区徒步旅行的个人特别有用，让他们能够为手机或 GPS 设备充电。该研究的合著者、电气与计算机工程教授 Yan-Fei Liu 领导了该设备电力电子设备的开发。

该团队的跨学科方法包括步行生物力学、生理学、人机交互和设计创新等元素。这项研究的大部分是在人类活动研究中心进行的，这是一个配备世界一流步态分析技术的皇后/金斯顿健康科学中心设施。

“我们第一次证明，去除能量可以提高步行效率，”Shepertycky 博士说。“这是外骨骼开发领域的一项重大进步，并且有可能改变我们处理步态辅助的方式。这项工作在最负盛名的科学期刊之一上发表，凸显了女王大学的研究专长和一流设施，以及我在这里接受的世界一流的多学科教育。”

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