智能外骨骼可以幫助人們跳得更高或者讓殘疾人重新走路。盡管機(jī)械外骨骼被看作是工業(yè)發(fā)展、醫(yī)療康復(fù)和老年護(hù)理的未來，但研究進(jìn)展一直十分緩慢。最近，這項研究迎來了新的生機(jī)，匹茲堡卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員正在開發(fā)一種機(jī)器學(xué)習(xí)的算法，這種算法可以讓外骨骼學(xué)會如何為不同的個體定制專有運(yùn)動方案——這就好像是一種有“大腦”支配的外骨骼。

“我認(rèn)為這些成果可以應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，”卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的博士生兼機(jī)械工程師KirbyWitte如是說。“這種技術(shù)真的很棒，他們能使人跳得高，或者或者像人的腿一樣踢一扇門，而且在幫助中風(fēng)或殘疾病人恢復(fù)行走方面也起到重要的作用。”

迄今為止，外骨骼研究中存在一些難題，其中一個難題就是外骨骼還需要人工手動設(shè)置。研究人員正努力探尋外骨骼將如何更好的幫助人類。本周發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項研究表明，研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但人們用來對其進(jìn)行編程和模擬的模型，還不具備模擬出人類真實數(shù)據(jù)的能力。

“在模擬過程中，我們希望外骨骼能顯著減少能量消耗，但尚未取得成功。降低能耗失敗的部分原因是研究人員沒有恰當(dāng)?shù)啬M人體的基本特征”，Witte說。

為了測試他們的系統(tǒng)，研究人員選擇把被測試者放在跑步機(jī)上。被測試者的一個踝關(guān)節(jié)與外骨骼支架相連，這個支架通過一個扭矩來推動他的腳向前運(yùn)動。一開始，研究人員根據(jù)他們的計算結(jié)果，對外骨骼進(jìn)行了編程，希望外骨骼能夠更好的幫助被測試者完成測試。隨后的測試顯示，是被測試者而不是外骨骼程序選擇了最佳的方式來進(jìn)行運(yùn)動，因此運(yùn)用踝關(guān)節(jié)來幫助行走，目前還處于測試階段，有待未來進(jìn)一步考究。但是，研究人員卻有著更高的目標(biāo)，Witte說：“我們希望通過這種方式來幫助人類行走：當(dāng)他們的腳接觸地面時，我們會通過傳感器接收這一信息，一段時間后，記錄下一個扭矩峰值。”

“最佳的運(yùn)動方式似乎在不斷變化，而且出現(xiàn)的時間比我們預(yù)期的晚了一點(diǎn)。事實證明，外骨骼裝置應(yīng)該在幫助患者開始行走之前，靠內(nèi)部產(chǎn)生一種動力驅(qū)使肢體運(yùn)行起來。”Witte說，這項技術(shù)距離臨床應(yīng)用還有幾年的時間，主要是因為醫(yī)院和醫(yī)生尚未配備合適的硬件和測試儀器，不能以一種有效的方式執(zhí)行他們的算法。然而，Witte認(rèn)為，自己的研究對進(jìn)行身體復(fù)健的人還是有用的。

Witte說，“對于外骨骼在運(yùn)動時產(chǎn)生的能量的研究，更多地是對算法的一種測試研究”。除此之外，這種機(jī)器學(xué)習(xí)算法也可以用于任何人機(jī)交互領(lǐng)域的研究。

據(jù)悉，外骨骼和活動假肢可以提高人類的移動能力，但目前幾乎沒有成功的先例。在充分分析人類自身情況的基礎(chǔ)上，對設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化可能會帶來更佳優(yōu)良的設(shè)計。研究人員已經(jīng)找到一種方法，用于研究在行走過程中體外骨骼減少自身能量消耗的情況。優(yōu)化在一個踝關(guān)節(jié)上的外骨骼的轉(zhuǎn)矩模式，通過這一方式，與無轉(zhuǎn)矩外骨骼相比，代謝能量消耗減少了24.2%。這種方法有效地利用了在一個或兩個踝關(guān)節(jié)處的外骨骼，并可應(yīng)用在各種行走與跑步過程中，同時還能優(yōu)化肌肉運(yùn)動方式。找到一個優(yōu)秀的通用輔助模式，定制個人需求，并幫助用戶學(xué)會操作外骨骼，所有這些都對智能外骨骼的未來起著積極的作用。具備這些特征的優(yōu)化版智能外骨骼能從根本上提升用戶體驗，打造“超級”人類。