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美大學研發AI外骨骼裝置 協助身障者行走省力

研究人員分別監測使用與沒使用外骨骼裝置時受試者的新陳代謝率。猶他大學

美國猶他大學(University of Utah)研究人員打造外骨骼裝置以協助膝上截肢者行走,運用穿戴在大腿的輕量、高效機電致動器(electromechanical actuator)與人工智慧(AI),以適應不同使用者的走路風格,大幅降低步行費力的程度,目前有6位膝上截肢者參與裝置測試。

據Medgadget報導,膝上截肢者的腿部在手術中喪失許多肌肉,因此步行對殘餘的肌肉是特別困難且費力的活動,而傳統義肢缺乏動力且運動範圍受限,無法完整複製人腿生物力學功能或在使用者步行時提供任何協助,因此雖然臀部都還能正確移動,但卻要額外用上許多力氣才能把義肢擺動到適當位置,使得步行能力受到影響。

猶他大學研發的外骨骼裝置能讓步行更自然與省力屬輔助性質,裹住穿戴者的腰部與膝上截肢那條腿,運用電池供電的致動器與電動馬達提供殘障的腿移動的助力,致動器可視患部位置左、右腿換用,此外並透過AI演算法與內建的微處理器,協助客製化外骨骼裝置的動作以配合不同使用者達到走路省力的目標。

研究人員分別監測使用與沒使用外骨骼裝置時的新陳代謝率,讓受試者在跑步機行走並量測呼吸的二氧化碳濃度與吸入氧氣量等,結果顯示外骨骼裝置提供相當可觀的改善,使用者步行時平均能省力達15.6%,相當於減少26磅重的負擔,已非常接近平常人以相同速度行走所耗費的力氣,且新陳代謝率也幾乎相當,前提是跟健康程度差不多的平常人相比。

猶他大學的外骨骼裝置僅5.4磅重,架構為碳纖維材質、其他部分為合成塑膠與合金,腰間繫帶內含客製化電子系統、微控制器、感測器,並執行先進控制演算法以了解使用者移動的方式與配合提供移動輔助。這項計畫獲得美國國防部(DoD)98.5萬美元資金希望讓退伍軍人受惠,2021年初又獲得國家科學基金會(NSF)投資58.4萬美元。

NSF的資金讓研究團隊得以繼續強化外骨骼裝置,並可能在數年內上市。2021年10月11日研究論文發表於Nature Medicine期刊。

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