开发外骨骼系统的目的是为了减小穿戴者的新陈代谢负担。外骨骼助行系统不应该就是为了辅助一些有行走障碍的人正常行走吗？为什么会是减小新陈代谢负担呢？
 
其实，这就涉及到外骨骼的应用分类了。通常，我们所认为的外骨骼系统是辅助行走障碍的患者（如截瘫、偏瘫等患者）使其能够正常行走。我们中国的傅利叶X1都是以这样的目标去设计的。
 
但是，哈佛的这款柔性外骨骼则是为了帮助正常人减小长时间行走所造成的新陈代谢负担。比如士兵在进行大负重长行军时，可以依靠柔性外骨骼来减轻疲劳。所以，从本质上来讲，柔性外骨骼和目前普及的刚性外骨骼相比，其应用群体是完全不同的。
 
在清楚了解外骨骼系统的这个设计初衷后，我们再看这款柔性外骨骼的结构就会发现：其实柔性外骨骼就是“电机+线驱”的动力结构。通过鲍登线（类似自行车刹车线）把一端连在脚后跟处、再用小腿绷带固定，另一端连在用户背后的电机装置上。当使用者抬起脚迈步时，动力装置会拉紧线，从而辅助使用者进行抬脚后跟动作。其复杂程度其实是要远远小于刚性外骨骼的。
 
可能看到这里，很多理工科出身的小朋友马上就有疑问了：一个人身上背着两个Maxon电机还有电池再加上滑轮、绑带等结构装置，本身就对穿戴者产生了负载。那么说到底，背着这东西到底是帮助人行走还是增加了负担呢？

 

那么就需要开始做实验来验证了！实验步骤就是找七个参与者来穿着外骨骼在跑台上走路，然后通过一系列传感器来测量参与者实时的新陈代谢和步态变化。
但是其实每个人的所需要的驱动力是不同的。比如，重的人需要电机产生更大的扭力来驱动以达到和体重较轻的人同样“比例”。 因此，将实验参与者的体重和外骨骼提供的驱动力根据相关公式划分成四个等级： 低辅助比、中辅助比、高辅助比和超高辅助比。再通过ANOVA方差分析，我们可以算出辅助力比例大小和净代谢率的线性关系（如下图）。也就是说辅助比越大，人的代谢就可以更低，表明走路就越轻松。
 
然后我们比较脚踝关节的动量和能量大小（如下图）。我们发现，柔性外骨骼的辅助比越大，人本身的关节力矩和做功相应更小，因此总力矩和总做功也就更小。
髋关节的动量和能量数据也表明相同结论，即柔性外骨骼的辅助比越大，人本身的关节力矩和做功相应更小，因此总力矩和总做功也就更小。
 
最后实验又对单位步伐的踝关节、膝关节、髋关节的运动角度进行绘图（如下图）。 图中髋关节和膝关节在不同辅助比的情况下运动角度基本一致。只有踝关节的角度随着辅助比增加而增加。这个关系其实也非常好理解，鲍登线拉的力越大自然踝关节角度就越大了，而膝关节和髋关节则是没有受到鲍登线的拉力影响。

 
根据以上显示的数据，最后论文得出的结论为柔性外骨骼机器人提供的辅助比越大，人的新陈代谢量就越小。当辅助比达到最大时，参与者的新陈代谢则是降低了22.83±3.17%。这也在一定程度上印证了该款外骨骼可以对穿戴者长时间行走起到辅助作用。论文同样表示，未来研究将会应用EMG（肌电）来测量人在走路过程中肌肉活动信号。
 
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参考资料：
Quinlivan, B.T., Lee, S., Malcolm, P., Rossi, D.M., Grimmer, M., Siviy, C., Karavas, N., Wagner, D., Asbeck, A., Galiana, I. and Walsh, C.J., 2017. Assistance magnitude versus metabolic cost reductions for a tethered multiarticular soft exosuit. Science Robotics, 2(2), p.eaah4416.