美国工程师教外骨骼的腿，以提高步行速度平均42％。 行走开始后，外骨骼逐渐优化其工作参数，适应特定人的行走。 文章 被发布 在日记中 IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering.
大多数情况下，外骨骼是一种放在整个身体上并增强其功能的设计，例如，允许您无需太多努力即可抬起非常沉重的物体。 但事实上，外骨骼领域有许多不同的方向，专注于身体的某些部位，包括腿部。 其中，我们可以区分两者 被动 由于结构的机械性能，帮助一个人的外骨骼，以及 活动 那些在电动机或其他执行器的帮助下移动他的腿。
通常情况下，腿部外骨骼设计师专注于减少步行或跑步的代谢成本，这使得一个人不那么疲惫。 儿子月亮宋（Seungmoon宋）和史蒂芬*柯林斯（史蒂芬*柯林斯）决定使用外骨骼腿以不同的方式-增加行走的速度。 他们用了一个外骨骼和一个支架 创建 由2015年柯林斯领导的一群工程师组成。 外骨骼具有用于此类设备的经典设计。 它连接到小腿和脚，这两个部分由绳索连接，其张力允许您改变脚踝和小腿之间的角度。 这反过来又显着影响步行或跑步的参数。
除了外骨骼本身之外，作者还使用了跑步机和支架，允许您拉动绳索并设置步行参数。 轨道自动改变其速度，调整到主体的速度。 同时，外骨骼的参数发生了变化。 为此，作者使用了进化优化算法 CMA-ES，通常用于此类问题 ，其从随机参数开始，然后选择增加目标参数的最佳参数（在这种情况下，增加被摄体的行走速度）。 因此，它逐渐为每个个人选择最佳操作模式，而无需工程师进行复杂的手动选择。
外骨骼参数优化方案
图片来源：Seungmoon Song，Steven Collins等。 /IEEE神经系统与康复工程交易，2021
作者选择了十名不同性别的志愿者，然后他们参加了三天的实验（实验不是每天进行，而是在1-3天后，消除长时间行走的疲劳）。 他们的任务是在跑步机上以舒适的速度行走72分钟，在此期间优化了参数。 经过优化后，志愿者在不同的条件下走了十次，持续两分钟：打开和关闭外骨骼，打开和关闭外骨骼，并且在正常运动鞋中没有外骨骼。
实验表明，运动鞋的平均步行速度为每秒1.31米，外骨骼关闭时为每秒1.27米，外骨骼打开时为每秒1.83米。 因此，优化的外骨骼使志愿者的步行平均增加了42％。 作者还计算了步行的代谢成本，但结果好坏参半：平均而言，外骨骼降低了2％的成本，但在个别受试者中，它们增加了78％，减少了31％，因此不可能得出明确的结论，
这项工作中使用的外骨骼的缺点之一是它与固定支架配对，因此只能用于研究。 但是 那里 也是紧凑的外骨骼，附着在脚踝上，可以在日常生活中穿着并隐藏在裤腿下。
格里戈里*科皮耶夫
