草根影響力新視野 夜未央編譯

四位學者發現了具有超人反應能力的機器鞋靴可以幫助人類保持平衡，他們分別是：Lena Ting—埃默里大學生物醫學工程和康復醫學教授。Gregory S. Sawicki—喬治亞理工學院機械工程和生物科學副教授。Max Shepherd—東北大學機械與工業工程和物理治療與康復助理教授。Owen Beck—德州大學奧斯汀分校運動機能學和健康教育助理教授。

他們的新研究表明，增強平衡的關鍵是擁有比人類反應時間更快的靴子。

當人類滑倒或絆倒時，他們恢復平衡的反應比某些機器的反應要慢得多。對於人類和其他有腿的動物，生物傳感器需要時間向神經系統發送信號，然後啟動肌肉。機器人可以更快地行動，使用電線而不是神經來發送信號。

但眾所周知，機器人的平衡能力仍然很差，因為它們還不能模仿人類在平衡受到挑戰時的反應。這四位學者是研究運動神經生理學的生物力學工程師和康復生理學研究人員。在他們的研究中，他們試圖回答一個問題：可穿戴機器人是否可以改善平衡並超過正常基線。

他們使用電動地板從健康的年輕參與者身上「拉出地毯」—將他們向前推向地面。研究人員要求他們保持平衡，雙腳保持原位，但有時滑倒幅度太大，以至於他們不得不採取措施避免面部著地。然後，他們對鞋靴進行了編程，讓參與者以與自然反應相同的延遲或人為的速度比人類可能的反應更快地提供大量幫助，並將其與根本不提供鞋靴幫助進行比較。

圖片取自:(示意圖123rf)

我們驚訝地發現，只有擊敗人類對拳頭反應的模式才能幫助使用者更快地恢復平衡，並阻止他們採取措施恢復。

同時，他們記錄了鞋靴「試用者」的生理反應，以查看該設備是否在模仿—或可能干擾—他們潛在的平衡反應。使用超聲波，可以看到皮膚下面，小腿肌肉在滑倒過程中是如何伸展的。肌肉拉伸會產生神經系統啟動平衡反應所需的關鍵感覺信號。

比人類更快的鞋靴平衡反應實際上消除了小腿肌肉的拉伸信號，但對這些肌肉的控制信號，通常對神經系統的反應，仍然存在。這一發現突出表明，神經系統不僅僅是一組對局部肌肉拉伸做出反應的簡單反射，而是從全身收集訊息以在站立和行走時保持直立。

人們傾向於認為平衡是理所當然的。但每一步都有跌倒的可能性，而隨著年齡的增長，嚴重的跌倒是健康狀況下降的首要原因。如果研究人員可以開發輔助技術來改善從這裡到那裡的平衡，它可以防止跌倒並使人們能夠更長時間地保持活躍。

使用可穿戴機器人來幫助移動，尤其是平衡，一直是科學家和工程師的夢想。但迄今為止的研究主要側重於提供動力輔助，以便更輕鬆地走得更快或更長。除了一些有前途的基於實驗室的研究設備外，可穿戴機器人領域並沒有太多關注平衡。

過去十年的技術進步為最先進的可穿戴機器人改善平衡開闢了新的可能性。世界各地的其他研究人員也在調整現有的外骨骼系統，以使用受生物學啟發的控制算法來幫助平衡，這些算法可能會及時做出比人類反射反應更快的反應。

目前的研究是一個概念驗證證明，即外骨骼可以在受控實驗室環境中為沒有平衡問題的年輕人在簡單的直立站立任務中改善平衡。要使可穿戴機器人在日常生活中保持平衡並改善老年人、中風或脊髓損傷患者等平衡障礙患者的生活，還有很多工作要做。未來的研究將需要探索在其他下肢關節（如膝蓋和臀部）使用外骨骼，以開發可以預測跌倒風險並實現客製化超人平衡的人工智慧。

資料來源：https://theconversation.com