这套“人造肌腱”装备，可保护你的老腰｜Science子刊

　　

丰色 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

年纪轻轻，腰就不好了？
你可能需要这样一套“护甲”：

穿上它搬重物、做深蹲，好比外骨骼，能时刻帮你纠正成正确的姿势，减轻背部脊柱的负担，从而保护你那脆弱的老腰。
研究出自首尔国立大学，成果已发表在Science Robotics。

“人造肌腱”纠正你不正确的搬重姿势
不管是老年人还是年轻人，都可能在劳动或运动时导致腰部不适或受伤。
正确的姿势可以有效减轻伤害，就比如下面这样的下蹲是最安全的搬重方式。

而市场上早就有的那种护腰腰带，完全起不了真正的保护作用。

为此，研究人员转变思维，根据人类肌肉骨骼解剖学，提出了一种人造肌腱整合到外穿装备上。
它可以根据穿戴者的动作相应调整其在目标关节上的正确力场（force field），从而减轻运动带来的腰部伤害。
为了让人采用下蹲而非下腰的方式搬重，研究人员在这套装备上设计了双关节肌腱，在佩戴者的背部（浅蓝色部分）、髋关节（深蓝色部分）和膝关节（灰色部分）后面交叉安装。

当穿戴者的背部和臀部弯曲时，肌腱被拉神；当膝盖弯曲时，肌腱被释放。
这套人造肌腱的最关键的点就是加上上图红色部分组成的“A”形结构，有了它，就可以允许肌腱横向滑动并改变角度。

其中，状态角（state angel）的大小会影响双关节肌腱的阻抗：角度越大，肌腱阻抗越小；角度越小，阻抗越大。
为了减少搬重时下腰带来的损伤，该装备将上部缆绳固定在肩部，并将它们的路径沿背部和髋关节向下布置；

当穿戴者弯腰时，随着背部和髋关节的弯曲，上部缆绳被向上拉动，状态角变小，阻抗就大了，从而防止过度下腰。
由于深蹲姿势涉及膝关节的屈曲和髋关节的外展，该装备将下部缆绳固定在脚上，并将它们垂直向上布置在膝盖后面；

然后当穿戴者以正确的腰部姿势开始蹲下时，髋外展使下部缆绳横向移动，膝关节屈曲将它们拉长，状态角就变大了，从而阻抗变小，驱使穿戴者正常下蹲。
简而言之一句话：穿上它后你想下腰搬东西会被拉着不让，只能直腰蹲下搬。
这样↓，可。

这样↓，达咩。

会加重负重吗？
这套装备重850克，研究人员专门测试了一下它在规范穿戴者正确搬重的同时有没有加重负担。
他们招了10名位志愿者测试穿着装备蹲起时的代谢率(搬重10kg)，结果是有9位的都降低了：平均下降5.26±2.4%。
虽然该值在统计学上看起来并不显著，但确实表明，该装备的重量和施力不会对蹲姿施加“能量惩罚”。
而正是由于它的设计，髋关节和膝关节两处的橡筋在蹲下时吸收了弹性能，助力了代谢率的降低。
另外，研究人员还使用肌肉骨骼模拟软件分析了装备对脊柱的负担。
可以看到，虽然有两位参与者的脊柱负担没有下降，但总体而言：穿比不穿更能减轻负担。

综上所述，这套装备可以更低的消耗、成功地将穿着者自由发挥的搬重姿势纠正为下蹲姿势，从而起到保护腰背的作用。
虽然咱现在搞不来这套装备啊，但大家在日常的锻炼和劳动中，学着它那个纠正姿势注意一点也也好，保护老腰很重要啊！

而该装备的应用除了健身房、工业环境，最主要的其实还是康复中心。
并且类似的设备其实并不少，比如哈佛大学就研发过一种用于病人康复的“机械短裤”，穿上它走路，代谢负荷可降低9.3%，穿上它跑步，也能跑得更快更轻松。

论文地址：
http://robotics.sciencemag.org/content/6/57/eabe1243

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