充電一次可走15460步，還能邊走邊充，這個機械假腿連腳趾都能動 _關節

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Alex 發自凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI

來看一段“機械飛升”的視頻：

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小哥穿戴上一個機械假腿，氣定神閑地走上樓梯，甚至還可以跨級。
下樓也完全沒問題：

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除了肉眼可見的靈活之外，它的續航能力也很出色——充電一次，就能走15460步。
也就是說，穿戴者如果不出門暴走的話，充一次電能用10天左右。（戴假肢的人平均一天走1500步）
另外，當人在平地上行走時，啟動“被動模式”，連電都不用充就能走∞步。

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現在，這個動力假肢還成了Science Robotics最新一期的封面主角。

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之所以能這么靈活，一是因為這個動力假肢的仿生膝關節、踝關節、腳趾都可以動。
二是它比之前的同類輕巧不少，不然…連抬個腿都費勁。
那么，能同時疊滿“輕便+靈活+續航能力強悍”3層BUFF ，這個假肢到底是怎么造的？
能自發電的假腿
背后的研究團隊來自美國猶他大學，他們主要從腿部的三處重要運動關節入手：
膝關節、踝關節、腳趾關節。
正常人在行走過程中，膝關節的扭矩（力和力臂之積）變化范圍較大，比如膝關節在伸展時的扭矩可達屈腿時的4倍。
其實，動力假肢已經不是新鮮概念了，但它們搭載的動力裝置往往很笨重。先前的動力系統，膝關節處的軸都比較長。
為了緩解設備重量體積與關節扭矩之間的矛盾，研究人員們想出了一個新思路：
在運動關節的矢狀面（Sagittal Plain）上，分析生物力學原理，把要素搬到機械系統上。
這里說到的矢狀面，就是把人體或器官、組織，分為左右兩部分的解剖平面。
由此思路，他們在膝關節處，設計了一個獨特的扭矩敏感驅動器（Torque Sensitive Joint）。

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這個驅動器是個被動可變的傳動裝置，不僅能連續快速地改變扭矩比，而且所需的電機扭矩和電流都相對大幅減少。
因此，僅用一個重量為170克的小型電機，就能在膝關節處提供足夠大的扭矩，軸長還更短。
不過除了扭矩之外，膝關節的運動速度，也是影響仿生效果的重要因素。
所幸研究人員發現，膝關節的運動速度和扭矩不會同時達到峰值，所以這個小型電機也能提供足夠的速度。

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于是，在此扭矩敏感驅動器的加持下，膝關節的結構變得更緊湊，更輕巧，而且仿生效果也很奈斯~
除了膝關節外，仿生的踝關節和腳趾關節上也有不少“硬核”之處。
研究者發現，趾關節和踝關節的扭矩大小，幾乎是成正比關系；而且這兩個關節的速度大小相當、方向基本相反。
也就是說，當腳趾消耗動力時，腳踝會產生動力。