让行走轻松省力的新型机械外骨骼设备

10年内人类就能变身机器人，可以不增加负载却提升运动能力，可以让你飞檐走壁。

如今外骨骼大家庭又添新人。无需使用外部电源就可以让行走更加轻松省力？是的，发表在《自然》杂志上的一项研究让我们再次见识到了外骨骼的力量。

只需要在普通跑鞋上套上靴筒般的外骨骼即可减少行走时7％的能量消耗，对于行走困难者或长途跋涉的军事人员，真是可以派上大用场呢。

研究报告合著者Gregory Sawicki，来自北卡州立大学，他兴奋地表示：“我们通过研究发现，直立行走——人类高度进化的表现，可以通过人工技术得以改进。”

独到之处

其实，这并非研究人员第一次实现行走能耗的降低，2013年时利用空气压缩系统就曾减少6％能耗。 其他人也研发出了依靠马达和电池组供电的外骨骼。但Sawicki和他的团队这次制作成功的外骨骼最独到之处在于：不需要任何外部动力。

工作原理

新式机械外骨骼 让行走轻松省力

与大多数的肌肉不同，小腿肌肉的“启动”不是通过变短或收缩，而是在需要时，为跟腱的伸展和反冲提供刚性连接。这正是外骨骼通过“弹簧与离合器系统”来完成的工作。“你的身体往前的动力被转换成弹簧的拉伸；弹簧抓住了你前进动作的势能。这意味着，弹簧伸展时，人体的部分能量被转移到弹簧上。”“该器件非常轻，才300-500克，不会给行走带来额外负重，不然靠它节省的力气不就白费了。”

同行们如何看待

荷兰Delft 科技大学的生物力学工程师Heike Vallery虽没有参与该项研究，但由衷地认为“节约的能耗相当惊人”。

密歇根大学生物力学工程师Art Kuo也认为“结果可靠，但这仅仅是第一步，与医疗应用还相距甚远。”

其他人则比较关心该器件的日常使用。密歇根大学生物医学工程师Daniel Ferris表示：“目前尚不清楚该器件对于非循环动作会有怎样的作用，比如当人们做出站立、转身、站起、坐下等动作时，它也许达不到节省能耗的效果。”不过他不否认该器件对于老年人，或是有不完全性脊髓损伤，或是多发性硬化症的人能够带来的帮助。

可能给身体带来的影响

使用该器件不是很辛苦，“如果只是使用20分钟左右，大多数人都感觉与腿融为一体，不会有不适感。”脱下来以后，“会感觉腿变得沉重了，有些人需要五分钟缓过来。”

长期使用该器件会给身体带来怎样的影响，还有待进一步研究。想想那些长期坐在轮椅上的人，腿部肌肉会退化，所以这个问题不得不思考。“如果长期使用外骨骼，腿的形态也许会发生变化，目前还不好说。”

路漫漫 其修远兮

该设计花了五年的时间，能走到今天这一步，与医学成像技术的进步密不可分。“2000年后，人们才开始使用超声成像来解析肌肉的运动情况。得益于这些技术，我们能够看到小腿肌肉和跟腱表现得像离合器和弹簧。”

外骨骼不能做的事情还很多，“而且不太结实，跑步时使用会断裂。”研究人员必须找到加固的方法，使其承受更大的冲击。“使用其他材料，如电活性聚合物，也许可以改善。”

不过，如果你只是想散个步，外骨骼完全帮得上忙。喜欢登山、远足的人也许会试试。“但我们真正感兴趣的是医疗应用。鉴于医疗器械的法规，外骨骼投放市场时可能作为消遣装置，最终产品售价应该不到1000美元。”

目前，这款外骨骼还没有正式命名。“我喜欢科幻类的东西，它为科学研究提供了很大的动力，但是离现实还是有点远。而且，我们的目标不是为超级英雄制作套装。就算我们能够建造钢铁侠，日常使用时会方便吗？而且大部分的人负担不起。我们希望可以造福大多数人。”