新的生物力学研究结果可用于为肌肉骨骼损伤患者开发更有效的康复技术。
这项名为“关节旋转和驱动之间的相移反映了主导力，并预测了肌肉激活模式”的研究有可能彻底改变运动研究领域，对研究运动的研究人员和为科学研究设计行走机器人的工程师很有用。
来自英国林肯大学、凯斯西储大学和美国西弗吉尼亚大学的一组科学家分析了关节旋转与运动协同主导力之间的关系。他们发现，这两个变量之间存在着一种基本的关系，可以预测肌肉的激活模式。
这项研究已经发表在美国国家科学院院刊Nexus上，其发现可能有助于为肌肉骨骼损伤患者开发更有效的康复技术。
林肯大学皇家学会研究员格雷戈里·萨顿教授说:“马和竹节虫都会走路，然而，由于它们的体型，它们行走的世界完全不同。马体型大，像人类一样行走在由惯性和重力主导的世界里，而竹节虫体型小，行走在与肌腱和周围世界的弹力相比，惯性和重力可以忽略不计的世界里。
“这篇论文量化了动物在不同的世界中航行的大小和移动速度的函数，确定了给定运动中的主导力量，无论是惯性、重力、弹性力还是粘性，并展示了这些主导力量运动的后果。”
“我们可以利用这些发现来更好地理解神经系统如何控制这些不同的运动。这项研究还可以帮助塑造机器人的设计和开发，使其能够更好地完成这些动作，并具有不同大小动物相似的敏捷性和灵活性。”
西弗吉尼亚大学助理教授Nicholas Szczecinski说:“这项研究的结果将有助于，并且已经帮助科学家和工程师制造出与动物模仿物更接近的机械类动物机器人。
“几十年来，科学家和工程师们一直在建造动物机器人模型，要么是为了应用我们对动物的了解来提高机器人机动性的最新水平，要么是为了建立一个动物的物理模型，用来测试关于运动控制的假设。当机器人行走时体内的力量平衡与动物体内的平衡一致时，实现这两个目标中的任何一个——应用或建模——都是最有成效的。
“例如，我们制造的大多数机器人都有重型马达，可以旋转每条腿的每个关节。机器人每走一步，电机必须向关节传递扭矩，使腿加速，然后向相反方向传递扭矩，使其减速，并将其放置在下一步。这与昆虫非常不同，昆虫的四肢很轻，肌肉很僵硬。因此，肌肉只需要在一个方向上传递扭矩，即运动方向，因为关节的刚度会阻止运动。
“我们可以通过改变制造机器人腿的方式和减少机器人的步进频率，利用这些原理来构建更精确的动物机器人模型。通过在每个电机旋转时添加弹簧来对抗马达，我们以类似于昆虫的方式平衡机器人腿的惯性和弹性。”
该团队将继续扩展这些发现，目标是开发新的康复技术，可以在各种医疗保健环境中为个体患者量身定制。
更多信息:G P Sutton等，关节旋转和驱动之间的相移反映主导力并预测肌肉激活模式，PNAS Nexus(2023)。DOI: 10.1093 / pnasnexus / pgad298。academic.oup.com/pnasnexus/art…93/pnasnexus/pgad298期刊信息:PNAS Nexus
由林肯大学提供
引用:生物力学研究标志着肌肉骨骼康复和步行机器人的进展(2023,10月10日)检索自https://techxplore.com/news/2023-10-biomechanics-musculoskeletal-robots.html
作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司
内容仅供参考之用。
