Exosuits肌肉控制給更多人帶來新的希望

Exosuits（外骨骼套裝）是一種很有前途的技術，它仍然面臨著巨大的挑戰。Exosuits是幫助使用者移動身體的輔助框架。具體來說，使用電脈沖移動用戶肌肉的Exosuits會很快使用戶疲勞。到目前為止，疲勞問題還沒有一個巧妙的解決方案，但一個國際科學家小組正在開發一種新的Exosuits，旨在通過可控的硬化材料系統來解決疲勞問題。

這組技術是韓國和瑞士的研究人員和工程師的創意，用于開發一種動力外骨骼設備，該團隊稱之為Synapsuit。他們的系統旨在避免長時間肌肉刺激引起的疲勞，這項技術也被稱為功能性電刺激。

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由于FES易于實施且成本低廉，不需要侵入性手術，因此它仍然是輔助技術方向一個非常有吸引力的工具。FES目前用于物理治療和康復，但事實證明，用力移動使用者身體所需的電流對肌肉來說太累了，無法長期使用。

研究人員表示，靜電離合器技術是該系統設計的關鍵組成部分，目前正由韓國電子技術研究所（KETI，Korea Electronics Technology Institute）進行原型設計。

日內瓦Wyss生物與神經工程中心的機器學習科學家、Synapsuit項目的首席研究員Kyuhwa Lee說，這種疲勞使人們很難全天使用FES系統：“它不能長期使用。為了解決疲勞的問題疲，我們使用了靜電離合器系統，這樣用戶就可以保持固定的位置?！?/p>

什么是靜電離合器？

研究人員表示，Synapsuit的靜電離合器系統旨在將用戶的關節固定在FES驅動的運動之間。離合器本身是重量輕、靈活的袖子一般，放置在用戶的肘部、手腕和指關節周圍。這些袖子通常像布一樣柔軟，但可以快速加固，以支撐它們在運動之間包裹的關節，從而消除了僅僅為了固定關節而持續刺激用戶肌肉的需要。

當電壓施加到袖子內重疊材料層內的柔性導電板上時，離合器變硬?！斑@就像一個電容器，”Lee說，“當你施加電壓時，這些材料會相互拉動，產生很大的摩擦。”Lee表示，這之間的電力會以足夠的力將它們鎖定在適當的位置，以支撐高達2公斤的負載。當電勢降低時，層之間的力消失，離合器恢復到柔性狀態。

在肌肉刺激和鎖定離合器之間協調需要精細而小心的控制——這正是Synapsuit的設計師希望能夠為其系統所提供的支持。

北卡羅來納州立大學機械和航空航天工程教授Nitin Sharma沒有參與這項研究，他對此表示，雖然他看到了Synapsuit技術的希望，但他也看到了很大的改進空間。

“這當然是個聰明的主意，”他談到離合器技術時說，“他們還沒有展示靜電離合器和電刺激是如何協同工作的。我認為它對減少FES的疲勞有好處，但它將如何用于步進或伸手等協同控制尚不清楚。我不認為離合器能做到這一點，它或只用于位置保持。”

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Synapsuit的下一步是什么？

在改進靜電離合器的同時，另一個團隊正在開發神經電極，以最終用于控制Synapsuit。

研究人員表示，這些電極由總部位于日內瓦的Neurosoft Bioelectronics公司開發，現在由新型彈性材料制成，可以適應大腦塊狀的脊和折疊。這使它們與其他這種類型的電極不同，這些電極相對較硬，無法測量大腦大部分高度褶皺表面的神經活動。

Neurosoft首席執行官Nicolas Vachicouras表示，其陣列由高度柔性的硅樹脂制成，采用半導體行業的旋涂技術。硅樹脂和柔性導電材料一層一層地沉積在硅片上，使用的自動化工藝與用于創建微處理器精細結構的工藝非常相似。Vachicouras說：“我們沒有重新發明新設備，我們只是借用了通常用于其他用途的設備?！?/p>

陣列中的導電跡線也被設計成彎曲和拉伸，由“微裂紋金（microcracked gold）”制成，這種材料在彎曲變形時保持導電性和穩定的電氣特性。Vachicouras說，該團隊采用了為柔性顯示系統開發的制造工藝中的部分電極。Vachicouras表示：“你永遠不知道一項技術最終會走向何方?！?/p>

不過，目前還不能指望很快就能穿上Synapsuit：雖然Neurosoft已經開始人體試驗來測試該系統的柔性神經電極，但控制Synapsuite所需的KETI靜電離合器和神經解碼軟件仍然是原型。盡管如此，Lee表示，他預計整個項目將在2026年前生產出一個功能齊全的Synapsuit系統。