英國科學家發明「時尚」智能褲 可幫助長者行動站立更省力

英國科學家發明「時尚」智能褲 可幫助長者行動站立更省力

▲英國布里斯托大學發明一款智能褲,可穿戴的軟體機器人幫助長者行者。(圖/翻攝自網路 )

記者郭岱軒/綜合報導

BBC》報導,名牌萊卡推出一款新褲子,它適合穿來跑步,顏色亮麗,褲子本身還是「軟體機器人」,他的發明者 Johnathan Rossiter ,相當驕傲地展示。 Rossiter 表示:「我們都會變老,我們的行動能力也會隨著減弱。我們想做的是給人們一些額外的幫助,盡可能長時間地保持他們的獨立性。」許多英國研究人員認為,人們於不久的未來,可能需要依賴這種可穿戴的軟體機器人,所以他們開發出機器人肌肉、充氣的塑膠氣泡,可以支撐起腿由坐到站立姿勢。而這項技術要應用到褲子,還需要十年時間,但它可以增強人們站立與行走的能力。

誰會穿智能褲裝?

在英國約有 120 萬人患有中風,其中許多人移動時將需要幫助。另外到 2046 年, 65 歲及以上人口比例可能會增長到總人口的近四分之一。布里斯托爾大學教授 Rossiter 解釋:「英國大約有 1000 萬身障人士。除了肢體障礙者,也包括那些年老時行動不便的人。」他們會遭遇的問題包括了行走、坐下與站立,也可能是其他日常任務,像是穿衣服。

長期照護的負擔將越來越大,需要有越來越多長照元或是物理治療師。這激發了 Rossiter 的靈感,他利用 EPSRC (英國工程與自然科學研究理事會)資助的 200 萬英鎊資金開發機器人解決方案,以改進傳統的手杖、輪椅或電動代步車。在這個星期於赫爾舉行的英國科學節上,首次展示了這項技術,以及應用此技術的服裝。 Rossiter 表示:「我們的目標之一就是以一種人造形式複製人類肌肉,把它們縫進褲子裡,製造能幫助人們行走的動力褲。」

智能褲裝涉及什麼技術?

Rossiter 教授與來自英國各地的科學家合作,將奈米科技、功能性 3D 列印、智慧材料開發和人工肌肉技術結合在一起。他說:「軟體機器人能夠製造出與傳統機器人截然不同的複雜材料和結構。我們已經研究過許多生物,它們的動作非常複雜,它們的感知和控制能力非常強,就像章魚一樣,它們可以彎曲和扭曲擠進狹小的空間中。我們可以把這些能力中的部分植入到人造肌肉中,然後再融入到衣服內。」

在科學節上, Rossiter 團隊展示了人造肌肉。在外人看來,它們看起來像一串串用透明塑料製成的雞尾酒香腸(其實感覺更像塑膠袋),它可以充氣。一旦膨脹,整個結構就會像肌肉一樣收縮起來,雞尾酒香腸就會變得像珠串的形狀。人造肌肉能產生相當大的力量,布里斯托大學的研究人員證明,它能將機器腿從坐著的姿勢支撐為站著的姿勢。

▲人造肌肉就像由透明塑料製成的長長的雞尾酒香腸。(圖/翻攝自 BBC )

另一場展示中,幾根充氣的長塑料香腸袖口,它們排列在膝蓋周圍。一旦充氣,它就變得更硬,對膝蓋起到更大的支撐作用。 Rossiter 教授解釋:「這意味著你可以站得更舒服。」不過,在日常生活中使用它們可能會產生許多噪音。研究團隊表示,他們的願景是使用電活性聚合物,即需要電力的材料。 Rossiter 表示:「這種設計很好,因為你有可以放在口袋裡的手機電池、鋰聚合物電池。有了這些,你就有了可以通電的材料,它們就會像肌肉一樣收縮。」當然它們會比較安靜。

一旦嵌入到褲子中,就可以使用嵌入式控制系統,電活性聚合物本身會產生電信號。 Rossiter 解釋:「所以我們有能力通過同樣的物質測量某個人的動作,而同樣的物質也會將力量傳遞給這個人。這些材料將充當傳感、計算媒介,然後把力量送到正確的地方。」

這項技術可能會提供延長老年人獨立生活的潛力,但潛在的負面影響可能會讓人們放棄使用自己的肌肉,然後變得越來越虛弱。但作為一種復健設備,它將發揮巨大作用。 Rossiter 解釋說:「那些身體較弱的人會變得更強壯,使用這種設備、褲子(運動褲)使他們的腿和膝蓋變得更強壯。」毫無疑問,核心技術正以突飛猛進的速度發展,研究人員正在付諸行動。但這種褲子仍然只是一條色彩鮮豔的打底褲,至少目前如此。

堅持時尚風格

研究人員還設計了空氣驅動的褲腰,只要按一下按鈕,褲子的腰部就會鬆開,掉到地板上。雖然這些演示只是漫畫效果,但具有真正的實際潛力。 Rossiter 教授稱:「功能性大小便失禁的人就是不能及時趕到廁所,最終只能使用護墊。這對他們的生活方式來說是個可怕的改變,我們也在努力避免這種情況的發生。」

機器人衣褲也需要清洗。然後是風格問題。例如, 79 歲的老年人是否願意花時間選擇五顏六色的萊卡褲子,這是有爭議的。所以它們必須看起來好看,但誰的品味更合適呢?這可能意味著,緊身衣或其他更寬鬆的內衣需要與該技術共同開發。

▲左側是加強的「袖口」支撐膝蓋,右側則是人造肌肉,可以支撐機械腿。(圖/翻攝自 BBC )

即將投入使用?

 Rossiter 教授說:「我們正在反思:如果我們相對健康,隨著我們慢慢變老,我們會變成什麼樣的人?醫療服務機構很喜歡我們的發明。他們已經意識到,如果要與人體互動,最好是柔軟的東西,而不是那種可怕的堅硬外骨骼。」

該團隊的下一階段工作將包括與臨床醫生、慈善機構和義肢公司合作。 Rossiter 教授預測,如果有好的設計和製造公司參與,這款智能褲裝有望在十年內上市。但正如他解釋的那樣:「它們可能是智能膝蓋骨、智能腳踝支撐或智能褲子。因此,我認為,在幾年之內,簡單易用的產品會相對迅速地出現。」

但首先,這些研究人員還有很多問題需要解決。比如如何在褲子裡儲存足夠的能量而又不會變得太沉,以及如何長時間儲存能量。正如他所指出「你不會希望走到山頂後,卻突然發現自己無法從另一邊下去。」

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