一种新型假肢采用了最初为国际空间站设计的材料。
新设计具有自由摆动的膝关节和再生制动功能，这意味着与典型假肢相比，用户拥有更多的控制权。
该假肢的能效也更高，脚着地时可捕获并储存能量。
一款新型机器人假肢腿原型可提供更自然的步态，同时比其他设计更安静、更节能，研究人员报告称。
关键在于采用了新型小巧而强大的电机，这些电机最初是为国际空间站上的机械臂设计的。
这一精简设计配备了自由摆动的膝关节和再生制动功能，后者可利用脚着地时捕获的能量为电池充电。该功能使假肢腿在一次充电的情况下，可满足典型假肢使用者每日行走需求的两倍以上。
“我们的假肢腿所消耗的电池电量约为最先进机器人腿的一半，但能产生更大的力量，”密歇根大学电气与计算机工程副教授、该校机器人研究所成员罗伯特·格雷格（Robert Gregg）说道。他在得克萨斯大学达拉斯分校任职期间主导了这项研究。
使用传统假肢时，截肢者必须抬高臀部，才能将假肢脚从地面抬起并将腿向前摆动。这种不自然的步态比正常行走耗费更多能量，正常行走，会对髋部和下背部造成额外的压力和疼痛，并最终损伤关节。机器人腿有潜力提供更为舒适的步态，但其缺点之一是关节僵硬。
“我们将关节设计得尽可能柔顺、灵活，”得克萨斯大学达拉斯分校近期毕业的博士生、该研究论文的第一作者托比·埃勒里（Toby Elery）说道。该研究成果发表于《IEEE机器人学汇刊》（IEEE Transactions on Robotics）。
“我们的机器人腿能够像人类关节一样运作，甚至做出类似的反应，从而实现自然的自由摆动膝关节，并在脚着地时起到减震作用。”
机器人腿中的电机需要安装在普通肢体所占据的空间内。过去，这意味着要使用高速旋转的小型电机，再通过一系列齿轮将快速旋转转化为更强大的动力。
问题在于，齿轮噪音大、效率低、增加重量，并且会使关节更难摆动。格雷格团队的解决方案是采用两台更强大的太空站电机，一台驱动膝关节，另一台驱动踝关节。
减少齿轮的使用有诸多好处。除了实现自由摆动的膝关节外，去除齿轮还将噪音水平从吸尘器的程度降低至冰箱的程度。此外，再生制动功能还能在假肢脚着地时吸收部分冲击。
“如果关节僵硬或刚性较强，力量就会传递到残肢上，这可能会引起疼痛，”格雷格说，“相反，我们利用这股力量为电池充电。”
在格雷格实验室中试用这些假肢的截肢者表示，他们能够感受到假肢腿在行走时帮助他们蹬离地面。
“在某些情况下，他们观察到，与传统假肢相比，使用我们的假肢腿时，他们感觉髋部和背部的肌肉工作量减少了，”格雷格说，“我们能够减少髋部的代偿动作。”
团队的下一步是改进控制算法，使假肢腿能够自动适应不同地形、步速变化以及不同类型活动之间的转换。
该研究的资金来源于美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会以及伯勒斯·惠康基金会（Burroughs Wellcome Fund）。
得克萨斯大学达拉斯分校与密歇根大学正共同申请专利保护。随着格雷格继续其研究工作，密歇根大学技术转移办公室正积极寻找商业合作伙伴，以助力该技术推向市场。
来源：密歇根大学
