新的研究表明,人们从外骨骼中获得的好处海尔空调24小时服务电话在很大程度上依赖于有时间使用该设备进行训练。点击这里观看视频。
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研究人员耐克登山鞋表示,外骨骼设备可以用于多种用途,比如加快我们的走路速度或让跑步更容易。然而,他们不知道究竟是什么使外骨骼有效。例如,定制的好处是什么?仅仅是适应外骨骼又有多重要呢?斯坦福大学(Stanford University)斯坦福生物机电实验室(Stanford biomechatonics Laboratory)的研究人员对这些问题进行了研究,发现训练在外骨骼提供帮助方面发挥着非常重要的作用。
“人们学习新任务的能力是惊人的,”斯坦福生物机电实验室的前成员、21岁的凯瑟琳·波根西博士说。“因此,通过单独的培训,让人们有时间自己学习如何使用设备,他们可以从我们的设备中获得巨大的好处。”
为了揭开外骨骼成功的秘密,波根西和史蒂夫·柯林斯,机械工程副教授兼生物机械电子实验室的负责人,我们对15名配备了踝关节外骨骼模拟器的人员进行了监控,该模拟器可以安装在鞋子上,并环绕在人的腿部,模仿有动力的外骨骼,但可以通过基于实验室的特殊控制器进行丰富的定制和微调。
这些人以前从未使用过外骨骼,但尽管他们都从训练中受益,但不同的方法会产生截然不同的结果。接受最有利训练条件的参与者,在外骨骼辅助下行走时,比在不使用外骨骼的情况下行走时消耗了近40%的能量。在所有参与者中,研究人员确定,训练贡献了外骨骼提供的总体益处的一半左右。9月29日发表在《科学机器人》(Science Robotics)杂志上的一篇论文详细介绍了这项研究。
“向我们的同事传达的主要信息是:我们需要提升我们的实验游戏。柯林斯说,这种外骨骼的体验更像是骑自行车,而不是穿上超级英雄的智能盔甲。“一旦你学会了如何做好,你就可以穿上外骨骼开始走路,这很容易——但要成为专家确实需要一段时间。”中京商品交易市场
研究人员专注于三个主要问题:我们能否通过给人们一个设备,让他们长时间走路来训练他们使用外骨骼?如果我们让人们接触各种各样的外骨骼行为,我们能帮助他们训练得更快吗?而且,一旦人们接受了全面的训练,对外骨骼的定制控制如何影响性能?
参与者被分成三组,每组都经历了五天的训练。一组获得外骨骼模拟器的通用帮助(基于过去帮助参与者的东西),另一组在整个研究过程中经历了设备的持续优化,以满足他们的特定需求,第三组经历了每天重置的优化。正如预期的那样,持续优化组的参与者看到了最大的能量消耗下降,因为他们暴露在一些不同的外骨骼行为,获得这些好处更快。
波根西说:“我们没有想到的是,人们的表现竟然这么好。”
处于最有利的一组的人——持续优化和适度的变化——他们的能源成本减少了近40%。(许多参与者甚至没有意识到外骨骼在多大程度上起到了帮助作用,直到他们关掉外骨骼后重新开始走路。)通过对所有测试的比较,研究人员确定,训练对这一进步有大约一半的作用,大约四分之一是由于定制。Poggensee强调,对于那些行动不便的人来说,定制可能更加重要。
另一个令人惊讶的是,参与者花了多长时间才成为“专家”,研究人员将其定义为他们的能量改善达到稳定水平。这在外骨骼模拟器中花费了大约两个小时,相当于步行5英里。这听起来可能不长,但对实验室研究来说是一个实质性的承诺。
“对于未来产品的用户来说,幸运的是,我们希望人们在使用设备的第一周内积累大量接触。因此,它不应该阻止人们成为这方面的专家,”柯林斯说。他也是斯坦福大学以人手表怎么卖为中心的人工智能研究所(HAI)的成员,该研究所为这项研究提供了资金。“但是,如果我们真的想要了解人们在实验室中是如何对一些新设备做出反应的,我们需要很长的协议。”
这项研究指出了更好地理解培训的价值,包括人们如何习惯移动设备,以及如何改进培训。
“对我来说,一个重要的收获是,我们需要让我们的参与者驱动我们的研究,”波根西说。“我们需要给他们时间,让他们真正学会如何使用设备,这样我们就不会干扰他们的学习。”
这个团队的兴趣还在于,即使参与者获得了专家资格,经过数十小时的训练,他们的表现仍有缓慢的改善。为了最大限度地利用外骨骼,研究人员可能需要研究人们的身体本身是如何适应的;例如,肌肉加强的方式,以更好地利用设备。
目前,柯林斯和他的实验室正在研究如何加速获得专业知识,包括与斯坦福大学计算机科学家艾玛·布伦斯基尔(Emma Brunskill)合作。他对外骨骼成为许多人生活中常见设备的潜力越来越乐观。
柯林斯说:“外骨骼即将问世。”“它们会改善你的生活,一旦你习惯了它们,你甚至可能不会注意到。”
这项研究由美国国家科学基金会和斯坦福大学以人为中心的人工智能资助计划资助。Collins也是Stanford Bio-X和Wu Tsai神经科学研究所的成员。