Även om promenader kanske inte verkar vara en börda för de flesta människor, för andra, denna enkla uppgift kan ofta kännas utmattande. För patienter som återhämtar sig efter operation eller stroke, de med Parkinsons sjukdom, personer med begränsad rörlighet, och även för soldater eller brandmän som bär tung last över svår terräng, gå eller springa kan vara en kamp.

Många forskare har funderat över detta problem genom åren, utveckla ett antal externa enheter som, en gång använd av användare, låt dem röra sig, promenad, och springa mycket lättare än de normalt skulle. En mängd olika "exotiska robotar" eller robotdräkter har utvecklats under åren, i syfte att minska användarnas energiförbrukning (eller ämnesomsättning) när man går och springer. Än så länge, dock, som professor Giuk Lee från Chung-Ang University säger, "Robotiska exoskeletoner tenderar att vara skrymmande och tunga; och medan promenadexperiment har visat lovande resultat, energin som går åt med den extra vikten av enheten överväger fördelarna med robothjälp. "

Problemet, som Prof Lee och kollegor förklarar i sin artikel publicerad i Vetenskap , ligger i det faktum att "Promenad och löpning har fundamentalt olika biomekanik, vilket gör det utmanande att utveckla enheter som hjälper båda gångarterna. "Att tackla denna utmaning, forskarna visar upp sin nyutvecklade exosuit, mestadels gjord av en väst, bälte, och lårlindningar, precis som kläder som vi bär i vardagen. Dessa komponenter är anslutna med ledningar, och utrustad med batterier och en motorliknande enhet (ett ställdon). Enheten väger bara 5 kg, bekvämt monterad runt midjan för att hjälpa höftförlängningsmusklerna och tillåta ett större rörelseomfång. Vad mer, denna exosuit kan växla assistansläget automatiskt mellan gång- och löpgångar för att uppnå maximal effektivitet av assistansen.

Forskarna testade sin prototyp på löpband och på utomhusbanor med olika terräng för att undersöka energibesparingarna från exosuitsna under olika förhållanden. De använde en algoritm för att klassificera gång (promenader eller löpning), som gav feedback till enheten och justerade assistansläget därefter. Detta gjorde det möjligt för exosuit att matcha rörelsen som initierades av ställdonet till den gångart som identifierats av algoritmen, och därför för att maximera energibesparingar. Inomhus- och utomhustestning visade att algoritmen korrekt kunde identifiera gång- och löpgångar mer än 99,98% av tiden.

När de väl hade bekräftat algoritmens noggrannhet, forskarna tittade på de metaboliska besparingarna som uppnås genom exosuitets hjälpfunktioner. De fann att exosuit -assistans minskade energikostnaden för att gå med en hastighet av 1,5 meter per sekund (4,8 km per timme) med 9,3%, motsvarande att användaren tappar 7,4 kg. De lyckades också med att säkra energibesparingar under löpningsuppgifter (hastighet på 2,5 meter per sekund eller 9 km i timmen), där assistansfunktionen minskade ämnesomsättningen med 4%, motsvarar en viktminskning på 5,7 kg. Sådana energibesparingar kan verka obetydliga, men enligt professor Lee och kollegor, "Även om förändringarna i ämnesomsättningen är relativt blygsamma, de är av samma storlek som de som har visat sig vara tillräckliga för att förbättra maximal gång- och löprestanda. Därför, vi tror att dessa energibesparingar kan resultera i proportionella ökningar av maximal prestanda, till exempel, över en längdkurs. "

Till sist, till skillnad från tidigare exosuits, som starkt förlitade sig på knäfunktion, denna nya enhet använder höftförlängning för att driva benrörelsen, vilket gör exosuits särskilt relevanta för amputerade över knäna och andra personer som saknar fullständig knäfunktion. Genom att utnyttja kraften i höftförlängningen, användare av denna robotdräkt kommer att kunna uppnå högre atletisk prestanda i en mängd olika terräng, smidigt växla mellan att springa och gå efter behov.

Avslutningsvis, Prof Lee säger, "Vi förväntar oss att denna" bärbara robot "kommer att ha många användningsområden, som att hjälpa rehabiliteringsutbildning för äldre patienter och förbättra arbetseffektiviteten för soldater eller brandmän. I längden, vi ser för oss att denna exosuit ska hänga i en garderob hela tiden, precis som de kläder vi har på oss varje dag. "