丹尼尔·费里斯表示，最好的外骨骼是那些你会忘记的。当这位生物机械工程师穿上外骨骼时，他仅能感觉到一丝轻微的拉力。但是在取下设备后，他仿佛突然间正在艰难地爬坡。一个革命性技术如何让脊髓损伤患者重新站起来。费里斯已经设计穿戴式外骨骼和动力假肢数十年，他一直认为这将很快成为日常生活的一部分。在2009年，他发布了一项预测，称“到2024年，人们将穿着机器人外骨骼在街道、商场和回家的路上走动”。费里斯承认他当时“过于激进”，但他的愿景正逐渐成为现实。在他做出这一预测时，外骨骼主要用于临床环境，帮助脊髓损伤或中风后的患者进行康复。“外骨骼的目标是：功能丧失，我们需要替代这种功能，”澳大利亚昆士兰大学的神经肌肉生物力学家泰勒·迪克说。如今，研究人员和公司越来越多地谈论增强的概念：增加运动所需的一部分力量。一种动力支具可以减轻关节炎膝盖的负担，而机器人短裤则可以让老年人的日常步行不那么疲惫。其他外骨骼设备旨在为各种用户设计，包括希望走得更远、更快的年轻人。去年十月，耐克发布了一种名为“放大项目”的‘动力鞋’系统原型，针对日常运动员，而在中国，游客可以在参观长城的丘陵地段时租用外骨骼。对于外骨骼的支持者来说，这种增强越快来临越好。根据世界卫生组织的数据，包括日本、中国和意大利在内的许多国家正快速老龄化，预计到2050年，全球60岁及以上的人口将达到21亿。但在外骨骼达到大众市场之前，研究人员需要解决几个技术问题。这些设备需要变得更智能、更轻、更便宜，并且更易于适应可能使用它们的各种人群。还有另一个需要克服的担忧：如果机器使走路或跑步更容易，那么人们会因此更加活动并变得更健康，还是会对它产生依赖，造成肌肉萎缩呢？从替代到辅助对于今天的外骨骼制造商而言，提供的辅助越少越好。早期的设备更倾向于铁人综合征超级力量套装的风格，而新系统则估算穿戴者所产生的力量，仅提供所需力量的一部分。这种方法保存了穿戴者的控制权，减少了机器必须提供的动力，并且在关闭时可以减轻设备的负担。在过去几年中，几个团队报告了开发更现实运动支持设备方面的进展。喬治亞理工學院的研究人员设计了一种控制框架，利用人工智能系统实时估计髋部在不同步态、坡度和台阶高度下的运动。该系统使测试者在行走过程中能够减少努力。一些相同研究人员和其他同事将这一原理扩展到更灵活的系统，使用户可以在不同类型的运动之间不规律地切换。密歇根大学的机器人专家罗伯特·格雷格在膝盖方面采取类似的方法，正在领导一项200万美元的项目，旨在调整动力矫形支具，以减少通过关节的力量。在一个四人试点研究中，参与者在使用设备进行起立和爬楼梯等活动时报告疼痛感减少。机器人应对照顾老年人的挑战最新的设备使用研究人员所描述的任务无关控制。以往系统重复设定的运动模式，与单一身体运动同步，而任务无关控制实时估算穿戴者关节所作的努力，进而提供其一部分力量。传统的外骨骼使用小而快速旋转的电机和大型齿轮传动系统，但它们产生的力量可能会使关节感觉僵硬。更新的驱动器使用更大而缓慢的电机和较低的齿比，减少摩擦，使穿戴者可以更自由地移动设备。这意味着格雷格的设备可以提供生物关节产生的力量的约25%到30%——这足以弥补一些与衰老、骨关节炎和重复性工作相关的缺陷。与此同时，穿戴式传感器可以跟踪肢体运动以及体重通过脚的移动情况，然后使用机器学习系统推断所需的辅助级别。乔治亚理工学院的生物力学家格里高利·索维基。