耶夫勒大学新研究：机械外骨骼可为工人减少 60% 肌肉拉伤

10 月 19 日消息，瑞典耶夫勒大学的一项新研究表示，机械外骨骼 EksoVests 可以为工业、物流和建筑行业的工人减少 60% 的肌肉拉伤。

自 2005 年以来，医疗保健设备制造商 Ekso Bionics 公司一直致力于研究外骨骼技术。EksoVests 是该公司第一款工业外骨骼背心。EksoVests 使福特和波音等公司能够在提高生产力和效率的同时降低生产成本和工伤。

在欧盟，多达 4400 万工人受到工作场所相关肌肉骨骼疾病（MSDs）的影响，年总成本超过 2400 亿欧元。使用外骨骼可以减轻肌肉峰值负荷，降低工人受伤的风险。

“在这些行业，工人遭受各种伤害的频率以及病假率都很高，这些都是真正的问题。如果能提高外骨骼的使用率，它们将可能成为解决方案的重要组成部分。”耶夫勒大学机器人技术研究员 Sajid Rafique 说。

一、外骨骼应用：从残疾人到搬运劳工

在人体内，肌肉疼痛和肌肉问题在各个年龄段都会发生。每个人的身体都有一些主要的区域，这些区域因长期在同一岗位上工作而受到影响，包括颈部和肩部、下背部和腿部以及脚，长时间站着或坐着或用手拿着任何东西也会对他们产生影响。这些不规则的肌肉问题也可能导致错误的工作姿势，甚至遗传性肌肉疾病。

对于在一个岗位上长时间工作的工业工人来说，最普遍的解决肌肉问题的方法之一是使用外骨骼身体系统。这些机制系统的主要基础是机器人，由外骨骼专家团队的实际顾问指导，该顾问将让用户熟悉肌肉训练。

外骨骼研究最初始于 1956 年并针对于残疾人，帮助中风患者或工作时间更长的工业工人在工作时间内恢复健康。外骨骼有一个机器人系统机制，可以帮助人类通过控制身体使虚弱或疲惫的身体部位接近正常运动。

例如，如果外骨骼控制人体，当外骨骼传递 90% 的负载时，它可能感觉到 10% 的压力负载。尽管如此，利用肌电信号控制外骨骼机器人还是有一些研究的可能性。同时，目前市场上还没有多少恒定的肌电信号控制的外骨骼系统。

在世界各地，不同的研究人员对人体部位的不同部位进行了研究。该论文研究的 Exo 系统主题是人们在工作或锻炼时佩戴的外骨骼，他们不会给工作或锻炼带来额外的身体压力。

二、让肌肉活动减少六成，还能减少病假？

为了实现上述目标，研究人员对佩戴外骨骼的志愿者的肌肉活动的肌电信号进行监测和比较。肌电信号是指一种代表肌肉活动的电信号，也就是 EMG 信号，能够估计肌肉收缩时产生的电流，代表神经肌肉运动。

EMG 系统有两种类型的通道用于获取信号。一个系统是单通道肌电系统，另一个系统是双通道肌电系统，通过时间序列图在监视器上进行视觉反馈。

其中传感器在肌肉中具有表面电极，肌肉活动信息可以以具有较好参数的可视化图形返回，通过长时间的评估，分析佩戴外骨骼在工人作业时的优势。

外骨骼是一种额外的、智能的骨骼，它通过一套衣服连接到身体的外部。这种类型的机器人套装为穿着者提供额外的力量和耐力。虽然这听起来像是科幻小说，但事实上这项技术已经存在并正在被汽车组装行业使用。该项技术的应用使得病假率减少，生产力提高。

研究过程中，较低的振幅是选择更好的外骨骼的最佳标准。因为使用外骨骼时，肌肉会松弛，使用它不会增加工作强度。因此，使用 Exo 防护服的振幅必须低于无 Exo 的正常工作位置振幅。

耶夫勒大学对外骨骼的研究已经进行了多年。在最近的一项研究中，25 名受试者通过穿戴一种用于上身的外骨骼，在执行各种钻孔任务时对 EksoVest 进行了测试。通过使用传感器，研究人员能够测量受试者的肌肉活动，当他们穿着 EksoVests 时，肌肉活动减少了 60%。

以前的研究表明，使用 EksoVests 时，会导致病假减少。美国汽车制造商福特的统计数据显示，当员工穿着 EksoVests 时，病假减少了 85%。

从外骨骼的评估知识来看，它充分阐明了其相对于康复和工业工作的优势。当工业工人长时间工作时，它们的优势将发挥到最大。肌电图和外骨骼技术对于缓解工业工人的肌肉疼痛和过程研究非常重要，可以通过不同的方式和肌电图信号评估人体的许多特征，让他们的工作生活更轻松。

“这项技术有可能改善许多工人的生活；他们可以从中收益，该技术会大大减少工人的工作量，以及下班回家后感觉不那么累。此外，医疗保健的负担也会减轻，当使用外骨骼进行组装工作时，伤害和磨损的风险会显著降低。”耶夫勒大学的机器人研究员 Sajid Rafique 说。

三、外骨骼潜力巨大，信号监测系统需继续提升

“EksoVest 在制造业中潜力特别大，例如，在任务繁重和机械化重复高的地方、机器人太贵或无法使用的地方。EksoVest 的成本在 4,000 到 5,000 欧元之间。它的价格并不是很贵，因为在健康和生产力方面其优势很多。”Sajid Rafique 说。

Rafique 认为，在 20 年后，大多数从事制造和装配工作的人都将使用某种形式的外骨骼。

大致就说，近年来机械外骨骼在国内外都有一些动静，例如，由傲鲨智能和海军军医大学合作研发的 HEMS-GS 下肢外骨骼机器人就可以帮助外卖小哥送外卖、爬楼梯；美国军工企业洛克希德马丁公司也向外界展示了自己的 FORTIS 军、民两用外骨骼。这款外骨骼能够适配穿着者的身高和体型，帮助穿着者搬起重达 16 公斤的物品，而不需要穿着者自身花费太多力气。

“还有一些改进的空间。例如，重量可以更轻，它们可以更容易地调整以适应每个人。其次公司使用外骨骼的潜力很大，我相信保险公司在未来会强制制造业使用外骨骼，因为该技术大大降低了工人受伤的风险。”Sajid Rafique 说。

最后，本研究开发的系统是一个原型，主要用于表达测试和监测外骨骼优势的想法。该系统已接近其各个方面，希望 EMG 系统能得到进一步的发展，以便为外骨骼与身体系统提供更好的解决方案。

结语：外骨骼技术尚处发展初期，将成下个风口？

外骨骼研究的不断深入，对工人、运动员、部分患者都产生了一定优势。在未来对不同年龄、不同职业的人群，不同的肌肉使用方式、工作特点，深入触及细分领域，促进相关设备的不断创新。

同时，外骨骼技术也在不断改变人们的生活方式，该项技术在传统制造业的利用率将会在未来迅速普及。外骨骼行业的巨大前景，或许可以吸引更多地企业加入，加速相关领域研究。

来源：TechXplore、University of Gävle

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