一项新研究显示，机器人靴或可帮助改善人们的平衡能力。
一组研究人员测试了动力外骨骼和假肢，观察它们在人们失去平衡时究竟能提供帮助，还是会造成妨碍。
他们发现，采用快于人类反射速度的程序设定，能让受试者保持直立。
研究人员表示，这是帮助老年人以及中风或脊髓损伤患者解决平衡问题的第一步。
核心构想
提供超人反射速度的机器人靴可以帮助你保持平衡。我们的新研究表明，增强平衡能力的关键在于穿上能够以快于人类反应时间行动的靴子。
人们滑倒或绊倒时，恢复平衡的反应远比某些机器的动作慢。对人类以及其他有腿的动物来说，生物传感器需要时间将信号传至神经系统，再激活肌肉。机器人则可以快得多地行动，用电线代替神经传递信号。
但众所周知，机器人仍不擅长保持平衡，因为它们还无法模仿人类在平衡受到挑战时的反应。我们是生物力学 工程师和康复 生理学研究人员，研究运动的神经生理学。在这项研究中，我们试图回答这样一个问题：可穿戴机器人（如动力下肢外骨骼或假肢）能否在正常基线水平之上进一步改善平衡能力。
我们使用一块电动地板，真的把健康的年轻参与者脚下的“地毯抽走”，让他们向前扑向地面。我们要求他们双脚原地不动，努力保持平衡；但有时滑动幅度太大，他们不得不迈步，以免脸朝下摔在地上。随后，我们对外骨骼靴进行编程，让它们向参与者提供一阵辅助：要么延迟时间与他们的自然反应相同，要么以人为不可能达到的速度提前响应，并将这两种情况与完全不使用外骨骼靴辅助的情况进行比较。
令我们惊讶的是，只有反应速度快过人类本能应对速度的模式，才能帮助使用者更快恢复平衡，并避免他们迈步恢复平衡。
与此同时，我们记录了外骨骼靴“试驾者”的生理反应，以观察设备是在模仿还是可能干扰他们原有的平衡反应。借助超声波，我们可以观察皮肤下方小腿肌肉在滑动时如何拉伸。肌肉拉伸会产生神经系统启动平衡反应所需的重要感觉信号。
速度快于人类反应的外骨骼靴平衡响应实际上消除了小腿肌肉拉伸信号，但针对同一组肌肉、由神经系统整体响应引发的控制信号仍然存在。这一发现表明，神经系统并非只是一组对局部肌肉拉伸作出反应的简单反射机制，而是会收集来自全身的信息，以便保持直立，无论是在站立还是行走时。
为何重要
人们往往把平衡能力视为理所当然。但每一步都可能导致跌倒，而严重跌倒是人们年老后健康状况恶化的主要原因之一。如果研究人员能够开发辅助技术，帮助人们在日常行走时改善平衡，就能预防跌倒，让人们更长久地保持活跃。
该领域还在开展哪些相关研究
科学家和工程师长期以来一直希望利用可穿戴机器人帮助人们行动，尤其是改善平衡能力。但迄今为止，研究主要集中于提供动力辅助，让人更容易走得更快或更久。除少数有前景的实验室研究设备外，可穿戴机器人领域对平衡能力的关注并不多。
过去十年的技术进步为先进可穿戴机器人改善平衡能力开辟了新可能。世界各地的其他研究人员也在改造现有外骨骼系统，采用受生物机制启发的控制算法辅助平衡；这些系统或许最终能够比人类反射反应更快地作出响应。
下一步
我们的研究是在概念验证层面进行的演示，表明外骨骼能够在受控实验室环境中，帮助没有平衡问题的年轻人完成简单的直立站立任务并改善平衡。要让可穿戴机器人在日常生活中帮助维持平衡，并改善老年人以及中风或脊髓损伤患者等平衡能力受损人群的生活，还有许多工作要做。未来研究需要探索在膝、髋等其他下肢关节使用外骨骼，并开发能够预判跌倒风险的人工智能，从而实现个性化的超人平衡能力。
