充电一次可走15460步，还能边走边充，这个机械假腿连脚趾都能动 _关节

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Alex 发自凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

来看一段“机械飞升”的视频：

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小哥穿戴上一个机械假腿，气定神闲地走上楼梯，甚至还可以跨级。
下楼也完全没问题：

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除了肉眼可见的灵活之外，它的续航能力也很出色——充电一次，就能走15460步。
也就是说，穿戴者如果不出门暴走的话，充一次电能用10天左右。（戴假肢的人平均一天走1500步）
另外，当人在平地上行走时，启动“被动模式”，连电都不用充就能走∞步。

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现在，这个动力假肢还成了Science Robotics最新一期的封面主角。

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之所以能这么灵活，一是因为这个动力假肢的仿生膝关节、踝关节、脚趾都可以动。
二是它比之前的同类轻巧不少，不然…连抬个腿都费劲。
那么，能同时叠满“轻便+灵活+续航能力强悍”3层BUFF ，这个假肢到底是怎么造的？
能自发电的假腿
背后的研究团队来自美国犹他大学，他们主要从腿部的三处重要运动关节入手：
膝关节、踝关节、脚趾关节。
正常人在行走过程中，膝关节的扭矩（力和力臂之积）变化范围较大，比如膝关节在伸展时的扭矩可达屈腿时的4倍。
其实，动力假肢已经不是新鲜概念了，但它们搭载的动力装置往往很笨重。先前的动力系统，膝关节处的轴都比较长。
为了缓解设备重量体积与关节扭矩之间的矛盾，研究人员们想出了一个新思路：
在运动关节的矢状面（Sagittal Plain）上，分析生物力学原理，把要素搬到机械系统上。
这里说到的矢状面，就是把人体或器官、组织，分为左右两部分的解剖平面。
由此思路，他们在膝关节处，设计了一个独特的扭矩敏感驱动器（Torque Sensitive Joint）。

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这个驱动器是个被动可变的传动装置，不仅能连续快速地改变扭矩比，而且所需的电机扭矩和电流都相对大幅减少。
因此，仅用一个重量为170克的小型电机，就能在膝关节处提供足够大的扭矩，轴长还更短。
不过除了扭矩之外，膝关节的运动速度，也是影响仿生效果的重要因素。
所幸研究人员发现，膝关节的运动速度和扭矩不会同时达到峰值，所以这个小型电机也能提供足够的速度。

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于是，在此扭矩敏感驱动器的加持下，膝关节的结构变得更紧凑，更轻巧，而且仿生效果也很奈斯~
除了膝关节外，仿生的踝关节和脚趾关节上也有不少“硬核”之处。
研究者发现，趾关节和踝关节的扭矩大小，几乎是成正比关系；而且这两个关节的速度大小相当、方向基本相反。
也就是说，当脚趾消耗动力时，脚踝会产生动力。