9月8日，美国电气和电子工程师协会(IEEE)的旗舰杂志《IEEE Spectrum》在线报道了数字制造装备与技术国家重点实验室熊蔡华教授团队关于人机共融的穿戴式机器人最新研究成果“This Motorized Backpack Eases the Burden for Hikers(减少负重行走代谢能消耗的动力背包)”。

探索人体运动的奥秘，用工程科学方法增强人体负重运动能力，实现行走的第二次革命，是人机一体化交叉学科前沿研究的重要科学目标之一。穿戴式机器人作为辅助和增强人体行走能力的装备，是开展这一重要科学研究的载体，承载了人机一体化装备设计与制造的科学内涵，已成为当今美国和欧盟等发达国家优先发展的前沿研究领域。

熊蔡华教授团队针对如何减少人体负重行走代谢能消耗这一科学目标，以负重动力背包为载体开展了系统深入的研究。受弹性扁担负重能减少挑担者行走代谢能消耗、赛马骑师振腿能使赛马以小的代谢能消耗取得好的成绩等自然现象的启发，项目组提出了一种能主动感知人体质心波动，并根据质心波动情况自主调节负载加速度来减少负重行走中代谢能消耗的动力背包设计原理和方法。该动力背包样机自重5.3公斤，承载能力不少于30公斤，拥有被动和主动两种工作模式。在被动模式下，背包内的负载重量仅由弹性元件来平衡。一旦用户开启主动模式，内置的电机将结合人体运动状态，实时动态调节负载的加速度改变负载的运动幅值和频率，以使其重心相对于地面维持在一个确定的高度，实现载荷的空间“悬浮”。实验测试表明，相比于传统的负重背包，该动力背包能将负载相对于地面的加速度减少98.5%，使穿戴者的下肢肌肉激活强度显著降低，代谢能减少11%。

该项研究工作为用工程科学方法增强和拓展人体运动能力，提供了新的原理和方法。

该工作受到国家自然科学基金重点项目“修复与增强人体运动能力的穿戴式机器人基础研究”（No. 91648203）的资助，是我室丁汉院士负责的国家自然科学基金委员会“共融机器人基础理论与关键技术研究”重大研究计划的一部分，一直得到了丁汉院士领衔的专家组的指导和帮助。

报道链接：

https://spectrum.ieee.org/tech-talk/consumer-electronics/portable-devices/this-motorized-backpack-eases-the-burden-for-hikers