一次充電,15460步!新型仿生腿讓截肢者輕鬆行走,輕巧、有力、自發電

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一次充電,15460步!新型仿生腿讓截肢者輕鬆行走,輕巧、有力、自發電

來源:養生知多少 釋出時間:2022-11-24 20:02

全球頂刊雷達,報道「全球頂刊」一手重磅研究,關注人工智慧、生命科學、環境科學等領域的最新突破成果。本篇內容為2022年11月第附近的全球頂刊研究掃描。

以下為正文:

生活中,任何人都可能會或多或少地遭遇一些不幸,好比車禍、火災、疾病等,從而造成一定的物質損失。

更甚者,這些不幸還可能導致數百萬、甚至更多人失去維持流動能力的肢體,無法在物質充裕的世界得到精神上的滿意。

如今,一種新型仿生腿(動力假腿)有望大大增加截肢患者的步履能力。

來自猶他大學的研究團隊為截肢患者開發了一種具有膝蓋、腳踝和腳趾關節生物力學的仿生腿。該仿生腿不僅重量輕,而且還能在穿著者行走過程中再生能量,延長其內部電池的工作時間。

而且,臨床前試驗表明,該仿生腿可以進行接近尺度運動學和動力學的常見步行流動,匡助截肢患者在水平地面和樓梯上行走。

相關研究論文以“A lightweight robotic leg prosthesis replicating the biomechanics of the knee, ankle, and toe joint”為題,以封面文章的形式發表在科學期刊Science Robotics上。猶他大學機械工程系助理教授 Tommaso Lenzi 為該論文的通訊作者。

(來源:Science Robotics)

據介紹,該仿生腿佈滿一次電預計可以支援截肢患者行走 15460 步(正常人天天的均勻步數為 7500-10000),合用於身高在 1.60-1.91 米之間、體重在 59-91 公斤之間的截肢患者。

輕型、靈活、自發電

顧名思義,仿生腿能透過模仿缺失肢體的生物力學,來改善肢截肢患者的流動能力和生活質量。

然而,在以往的研究中,大多數膝上截肢患者使用的假肢都是由微處理器控制的被動裝置,不能很好地複製缺失生物腿的樞紐生物力學功能,好比主動產生動作或向步態週期內注入能量等。

另外,生物力學模擬和非計算機個體實驗表明,腿部踝關節在行走過程中可以提供相稱大的淨正能量。假如踝關節受損或缺失,截肢患者必需透過增加殘肢和完整肢體的氣力,來補償缺失的踝關節能量,從而形成不天然、不對稱、甚至無效的步態模式。

因此,對於截肢患者而言,穿著普通假肢行走是比較吃力的,在爬樓梯、爬斜坡、站起來、坐下等方面也更具挑戰性。

(來源:Pixabay)

儘管傳統的動力假肢可以為截肢患者提供一定的動力,但也存在比被動假肢更重、更大以及電池壽命更短等題目,在臨床可行性和實用性等方面受到了很大的限制。

在之前的研究中,Lenzi 團隊曾開發了一套輕型動力外骨骼,該裝置使用電機、微處理器和進步前輩演算法匡助下肢截肢者行走,就像電動腳踏車匡助騎手踩著踏板上坡一樣。(點選檢視詳情 )

在此次研究中,Lenzi 團隊更進一步,在矢狀面上複製了生物學膝蓋、腳踝和腳趾的樞紐生物力學功能,在重量、尺寸和電池壽命方面也達到了傳統微處理器控制假肢的水準。

圖|三個膝上截肢患者在跑步機上和樓梯上走動。(來源:該論文)

據論文描述,動力膝關節採用了一種獨特的扭矩感應機制,同時具備了彈性制動器和可變傳動裝置的長處。

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