充电一次可走15460步，还能边走边充，这个机械假腿连脚趾都能动

来看一个机械飙升的视频:

小哥装上了机械假腿，从容的走上楼梯，连蹦带跳。

下楼没有问题:

除了肉眼可见的灵活性，它的续航能力也非常出色——一次充电可以走15460步。

也就是说，如果佩戴者不出门散步，充一次电需要10天左右。

此外，当一个人走在平地上时，他启动了被动模式，甚至不需要充电就可以行走∞了。

现在，这款动力假肢成为了最新一期《科学机器人学》的封面主角。

之所以这么灵活，是因为这个动力假肢的仿生膝关节，踝关节，脚趾都可以活动。

第二，比前面几个轻多了，不然很难抬起一条腿

那么，这种可以同时叠加三层BUFF轻+柔韧+强耐力的假肢是怎么做出来的呢。

自发电假腿

后面的研究团队来自美国犹他大学。它们主要从腿部的三个重要运动关节开始:

膝关节，踝关节和脚趾关节。

正常人在行走时，膝关节的扭矩变化范围很大比如膝关节拉伸时的扭矩可以达到腿弯曲时的4倍

实际上，动力假肢并不是一个新概念，但它们携带的动力装置往往体积庞大之前的动力系统，膝关节处的轴比较长

为了缓解设备重量，体积和关节扭矩之间的矛盾，研究人员想出了一个新主意:

在运动关节的矢状面上，分析生物力学原理，将元素移至机械系统。

这里的矢状面是将人体或器官组织分为左右两部分的解剖平面。

基于这一想法，他们在膝关节处设计了一种独特的扭矩敏感驱动器。

这种传动是一种被动式变速传动装置，不仅可以连续快速地改变转矩比，而且可以相对较大地降低所需的电机转矩和电流。

所以只有170g重的小电机才能在膝关节处提供足够的扭矩，轴长更短。

但是，除了力矩之外，膝关节的运动速度也是影响仿生效果的重要因素。

幸运的是，研究人员发现膝关节的运动速度和扭矩不会同时达到峰值，所以这个小电机也能提供足够的速度。

所以在这款扭矩感应驱动的加持下，膝关节的结构变得更加紧凑轻巧，仿生效果也很好看~

除了膝关节，仿生踝关节和脚趾关节中还有很多硬核。

研究人员发现，脚趾关节和踝关节的扭矩几乎成正比，而且这两个关节速度相同，方向相反。

即脚趾消耗动力时，脚踝产生动力。

所以这是重点—

一个驱动器可以同时为脚踝和脚趾关节提供动力，并且它比两个单独的驱动器需要更少的机械和电子部件。

这种同时给脚踝和脚趾提供动力的装置称为欠驱动系统，也就是说它的输入量小于要控制的量。

实测结果表明，如果只给脚踝供电，每步所需电能为14.4J，总效率为43.8%但采用欠驱动设计，每步所需功率降至8.2J，整体效率达到76.8%

可见这也可以步步省电。

研究人员计算出，使用这种假肢的当前电池，一次充电可以在标准模式下走15460步。

另一方面，这是关于用电的标准模式。

在被动模式下，你不仅不用电，还可以反向充电:

该系统能将机械能转化为电能，电池平均每步充电2.0±0.6J。

在被动模式下，膝关节主要起到阻尼器的作用，而踝关节主要像弹簧一样运动虽然这不如标准模式自然，但在平地上行走还是绰绰有余的

此外，还有一点创新:

在这种模式下，膝关节和踝关节假肢的机械运动类似于微处理器控制，而现有的其他电动假肢没有这种功能。

到目前为止，已经有三名膝盖截肢者试用了这种很酷的假肢。

结果表明，他们的行走方式虽然独特，但最后都能独立行走，与正常人没有明显区别。

研究人员认为，这种假肢适用人群广泛:身高160至191cm，净重59至91 kg的截肢者可以正常佩戴。

当然，他们也表示，这个假体还有一定的改进空间。

例如，佩戴者无法独立控制脚踝和脚趾关节，两个扭矩之间的比例是固定的，无法根据用户的需求或偏好进行改变。

以后他们会多做练习，提高假肢的实用效果。

事实上，世界上可能有比大家想象的更多的截肢者—

据央视报道，中国每年约有28万人因糖尿病截肢。

对于这个庞大的群体来说，使用轻型假肢无疑具有重要的意义。

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