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最近，一條由哈佛大學(xué)合成生物學(xué)研究所(Wyss)領(lǐng)銜開發(fā)的“短褲”登上了 《科學(xué)》(Science)雜志封面。

這條長得和《進(jìn)擊的巨人》里的“立體機(jī)動(dòng)裝置”幾乎一模一樣的短褲，不僅能適應(yīng)各種不同的地形和速度，還能“拉扯著”使用者走路跑步。

穿上這條短褲，腰部的電機(jī)和電纜就會(huì)根據(jù)使用者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，持續(xù)牽引大腿和臀部，協(xié)助髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。使用者會(huì)感覺自己還沒出力，人就已經(jīng)竄出去了。

“穿上這套系統(tǒng)十幾分鐘后，你會(huì)有點(diǎn)懷疑它是不是真有用，因?yàn)槟阒荒芨杏X到自己在正常走路。”哈佛大學(xué) Wyss 研究所工程師 David Perry 描述道，“然而，一旦你把系統(tǒng)關(guān)閉，你就會(huì)突然感覺兩條腿灌了鉛似的沉。這就好像你從機(jī)場傳送帶上下來的瞬間，才意識(shí)到在傳送帶上跑得有多快一樣?！?/p>

而《科學(xué)》雜志論文中公布的數(shù)據(jù)也顯示，這條短褲真的能給人省勁兒。

在測試中，以每秒 1.5 米的速度行走時(shí)，短褲能降低使用者 9.3% 的代謝率，以每秒 2.5 米的速度跑步時(shí)，短褲能降低 4.0% 的代謝率。相當(dāng)于使用者在走路和跑步時(shí)分別減輕了 7.4 公斤和 5.7 公斤體重，憑空甩了十多斤肉。

耗氧量測試

盡管這條短褲看上去沒什么機(jī)械感，但這卻是目前人類研制出的最高水平的柔性外骨骼。

它不僅穿脫方便(對于日常使用來說很重要)，重量只有10斤，而且能適應(yīng)跑步、走路、上下坡等多種場景。而之前開發(fā)的外骨骼，不是太笨重，就是太僵硬，只能應(yīng)付某種特定的運(yùn)動(dòng)模式。

Sarcos Robotics 開發(fā)的外骨骼

研制出這樣能顯著提高人類運(yùn)動(dòng)能力的泛用型外骨骼，還是史上第一次。

在走和跑間自由切換

和想象中的不同，研發(fā)外骨骼的難點(diǎn)不在于如何增益人體運(yùn)動(dòng)(只要幾根牽引帶就能做到)，而在于教會(huì)牽引系統(tǒng)適應(yīng)人類的不同運(yùn)動(dòng)模式。

事實(shí)上，人在走路和跑步時(shí)，腿部的工作方式有很大的區(qū)別。

走路時(shí)，人體的質(zhì)心移動(dòng)就像一個(gè)“倒立擺”(圖A上部)，隨著兩只腳的前后移動(dòng)發(fā)生偏移。

但跑步時(shí)，人體就變成了一個(gè)“彈簧質(zhì)量系統(tǒng)”(圖A下部)，每條腿都像一根連接在胯上的彈簧，不停地壓縮再彈起。

為了讓短褲在兩種狀態(tài)下給予人體不同的輔助，研究團(tuán)隊(duì)在外骨骼上裝備了測量力和運(yùn)動(dòng)角度的傳感器，并根據(jù)傳感器的反饋數(shù)據(jù)訓(xùn)練了控制算法，來自動(dòng)檢測佩戴者是在走路還是在跑步。

跑步和走路狀態(tài)下，對各個(gè)部位的牽引力度不同

為了測試這套裝置在現(xiàn)實(shí)場景中的功能，研究人員也另外邀請測試者穿著短褲在丘陵和山地運(yùn)動(dòng)。結(jié)果表明，這種外衣也有助于上坡和變速奔跑。

研究團(tuán)隊(duì)表示，下一步，他們打算把這套系統(tǒng)的重量再減輕 40%，減到 5 斤左右。

戶外工作者的福音

盡管對于健身者來說，減少跑步時(shí)的代謝并不是什么誘人的科研成果，但還有更多的人做夢都想走路省省勁兒。

在工作中需要長途跋涉、負(fù)重前行或快速移動(dòng)的人，都會(huì)成為外骨骼的受益者。不管是進(jìn)行地毯式搜索的救援人員，運(yùn)送物資執(zhí)行任務(wù)的軍人，還是戶外徒步探險(xiǎn)者，都能在工作活動(dòng)中用到這套系統(tǒng)。

在將來，隨著技術(shù)的不斷成熟，這條短褲甚至能幫助有腿疾的人復(fù)健和行走，發(fā)揮更大的作用。