10 月 19 日消息，瑞典耶夫勒大學(xué)的一項新研究表示，機(jī)械外骨骼 EksoVests 可以為工業(yè)、物流和建筑行業(yè)的工人減少 60% 的肌肉拉傷。
自 2005 年以來，醫(yī)療保健設(shè)備制造商 Ekso Bionics 公司一直致力于研究外骨骼技術(shù)。EksoVests 是該公司第一款工業(yè)外骨骼背心。EksoVests 使福特和波音等公司能夠在提高生產(chǎn)力和效率的同時降低生產(chǎn)成本和工傷。
在歐盟，多達(dá) 4400 萬工人受到工作場所相關(guān)肌肉骨骼疾?。∕SDs）的影響，年總成本超過 2400 億歐元。使用外骨骼可以減輕肌肉峰值負(fù)荷，降低工人受傷的風(fēng)險。
“在這些行業(yè)，工人遭受各種傷害的頻率以及病假率都很高，這些都是真正的問題。如果能提高外骨骼的使用率，它們將可能成為解決方案的重要組成部分。”耶夫勒大學(xué)機(jī)器人技術(shù)研究員 Sajid Rafique 說。
一、外骨骼應(yīng)用：從殘疾人到搬運勞工
在人體內(nèi)，肌肉疼痛和肌肉問題在各個年齡段都會發(fā)生。每個人的身體都有一些主要的區(qū)域，這些區(qū)域因長期在同一崗位上工作而受到影響，包括頸部和肩部、下背部和腿部以及腳，長時間站著或坐著或用手拿著任何東西也會對他們產(chǎn)生影響。這些不規(guī)則的肌肉問題也可能導(dǎo)致錯誤的工作姿勢，甚至遺傳性肌肉疾病。
對于在一個崗位上長時間工作的工業(yè)工人來說，最普遍的解決肌肉問題的方法之一是使用外骨骼身體系統(tǒng)。這些機(jī)制系統(tǒng)的主要基礎(chǔ)是機(jī)器人，由外骨骼專家團(tuán)隊的實際顧問指導(dǎo)，該顧問將讓用戶熟悉肌肉訓(xùn)練。
外骨骼研究最初始于 1956 年并針對于殘疾人，幫助中風(fēng)患者或工作時間更長的工業(yè)工人在工作時間內(nèi)恢復(fù)健康。外骨骼有一個機(jī)器人系統(tǒng)機(jī)制，可以幫助人類通過控制身體使虛弱或疲憊的身體部位接近正常運動。
例如，如果外骨骼控制人體，當(dāng)外骨骼傳遞 90% 的負(fù)載時，它可能感覺到 10% 的壓力負(fù)載。盡管如此，利用肌電信號控制外骨骼機(jī)器人還是有一些研究的可能性。同時，目前市場上還沒有多少恒定的肌電信號控制的外骨骼系統(tǒng)。
在世界各地，不同的研究人員對人體部位的不同部位進(jìn)行了研究。該論文研究的 Exo 系統(tǒng)主題是人們在工作或鍛煉時佩戴的外骨骼，他們不會給工作或鍛煉帶來額外的身體壓力。
二、讓肌肉活動減少六成，還能減少病假？
為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，研究人員對佩戴外骨骼的志愿者的肌肉活動的肌電信號進(jìn)行監(jiān)測和比較。肌電信號是指一種代表肌肉活動的電信號，也就是 EMG 信號，能夠估計肌肉收縮時產(chǎn)生的電流，代表神經(jīng)肌肉運動。
EMG 系統(tǒng)有兩種類型的通道用于獲取信號。一個系統(tǒng)是單通道肌電系統(tǒng)，另一個系統(tǒng)是雙通道肌電系統(tǒng)，通過時間序列圖在監(jiān)視器上進(jìn)行視覺反饋。
其中傳感器在肌肉中具有表面電極，肌肉活動信息可以以具有較好參數(shù)的可視化圖形返回，通過長時間的評估，分析佩戴外骨骼在工人作業(yè)時的優(yōu)勢。
外骨骼是一種額外的、智能的骨骼，它通過一套衣服連接到身體的外部。這種類型的機(jī)器人套裝為穿著者提供額外的力量和耐力。雖然這聽起來像是科幻小說，但事實上這項技術(shù)已經(jīng)存在并正在被汽車組裝行業(yè)使用。該項技術(shù)的應(yīng)用使得病假率減少，生產(chǎn)力提高。
研究過程中，較低的振幅是選擇更好的外骨骼的最佳標(biāo)準(zhǔn)。因為使用外骨骼時，肌肉會松弛，使用它不會增加工作強(qiáng)度。因此，使用 Exo 防護(hù)服的振幅必須低于無 Exo 的正常工作位置振幅。
耶夫勒大學(xué)對外骨骼的研究已經(jīng)進(jìn)行了多年。在最近的一項研究中，25 名受試者通過穿戴一種用于上身的外骨骼，在執(zhí)行各種鉆孔任務(wù)時對 EksoVest 進(jìn)行了測試。通過使用傳感器，研究人員能夠測量受試者的肌肉活動，當(dāng)他們穿著 EksoVests 時，肌肉活動減少了 60%。
以前的研究表明，使用 EksoVests 時，會導(dǎo)致病假減少。美國汽車制造商福特的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)員工穿著 EksoVests 時，病假減少了 85%。
從外骨骼的評估知識來看，它充分闡明了其相對于康復(fù)和工業(yè)工作的優(yōu)勢。當(dāng)工業(yè)工人長時間工作時，它們的優(yōu)勢將發(fā)揮到最大。肌電圖和外骨骼技術(shù)對于緩解工業(yè)工人的肌肉疼痛和過程研究非常重要，可以通過不同的方式和肌電圖信號評估人體的許多特征，讓他們的工作生活更輕松。
“這項技術(shù)有可能改善許多工人的生活；他們可以從中收益，該技術(shù)會大大減少工人的工作量，以及下班回家后感覺不那么累。此外，醫(yī)療保健的負(fù)擔(dān)也會減輕，當(dāng)使用外骨骼進(jìn)行組裝工作時，傷害和磨損的風(fēng)險會顯著降低?！币蚶沾髮W(xué)的機(jī)器人研究員 Sajid Rafique 說。
三、外骨骼潛力巨大，信號監(jiān)測系統(tǒng)需繼續(xù)提升
“EksoVest 在制造業(yè)中潛力特別大，例如，在任務(wù)繁重和機(jī)械化重復(fù)高的地方、機(jī)器人太貴或無法使用的地方。EksoVest 的成本在 4,000 到 5,000 歐元之間。它的價格并不是很貴，因為在健康和生產(chǎn)力方面其優(yōu)勢很多。”Sajid Rafique 說。
Rafique 認(rèn)為，在 20 年后，大多數(shù)從事制造和裝配工作的人都將使用某種形式的外骨骼。
大致就說，近年來機(jī)械外骨骼在國內(nèi)外都有一些動靜，例如，由傲鯊智能和海軍軍醫(yī)大學(xué)合作研發(fā)的 HEMS-GS 下肢外骨骼機(jī)器人就可以幫助外賣小哥送外賣、爬樓梯；美國軍工企業(yè)洛克希德馬丁公司也向外界展示了自己的 FORTIS 軍、民兩用外骨骼。這款外骨骼能夠適配穿著者的身高和體型，幫助穿著者搬起重達(dá) 16 公斤的物品，而不需要穿著者自身花費太多力氣。
“還有一些改進(jìn)的空間。例如，重量可以更輕，它們可以更容易地調(diào)整以適應(yīng)每個人。其次公司使用外骨骼的潛力很大，我相信保險公司在未來會強(qiáng)制制造業(yè)使用外骨骼，因為該技術(shù)大大降低了工人受傷的風(fēng)險?！盨ajid Rafique 說。
最后，本研究開發(fā)的系統(tǒng)是一個原型，主要用于表達(dá)測試和監(jiān)測外骨骼優(yōu)勢的想法。該系統(tǒng)已接近其各個方面，希望 EMG 系統(tǒng)能得到進(jìn)一步的發(fā)展，以便為外骨骼與身體系統(tǒng)提供更好的解決方案。
結(jié)語：外骨骼技術(shù)尚處發(fā)展初期，將成下個風(fēng)口？
外骨骼研究的不斷深入，對工人、運動員、部分患者都產(chǎn)生了一定優(yōu)勢。在未來對不同年齡、不同職業(yè)的人群，不同的肌肉使用方式、工作特點，深入觸及細(xì)分領(lǐng)域，促進(jìn)相關(guān)設(shè)備的不斷創(chuàng)新。
同時，外骨骼技術(shù)也在不斷改變?nèi)藗兊纳罘绞剑擁椉夹g(shù)在傳統(tǒng)制造業(yè)的利用率將會在未來迅速普及。外骨骼行業(yè)的巨大前景，或許可以吸引更多地企業(yè)加入，加速相關(guān)領(lǐng)域研究。
來源：TechXplore、University of G?vle
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