政大大學報

離合器彈簧仿肌腱 支架減行走負擔

2015/04/15 23:41:39
支架用離合器模擬小腿腓肌、彈簧取代阿基里斯腱,行走時可減少五公斤負載。 圖/史蒂芬•柯林斯提供
支架用離合器模擬小腿腓肌、彈簧取代阿基里斯腱,行走時可減少五公斤負載。 圖/史蒂芬•柯林斯提供

【記者何謙綜合報導】大家都希望走路可以省力些,美國北卡羅來納州立大學(North Carolina State University, NC State)和卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University, CMU)共同完成可以降低走路時生理代謝率的長筒靴狀體外支架,不需外加電源,且約可減少五公斤負載,設定給行走困難的人或軍人長距離行走使用。

人行走時小腿後的腓肌(calf muscle)控制阿基里斯腱(Achilles tendon)收縮和伸長。支架用離合器模擬小腿腓肌、彈簧取代阿基里斯腱:離合器讓彈簧能適時伸長以儲存能量,或縮短以提供行走的推力。北卡羅來納州立大學生物醫學工程系教授格雷戈里·薩瓦斯奇(Gregory Sawicki)解釋:「當腳跟接觸地面時,離合器抓住彈簧,如同阿基里斯腱以相當大的力量抓住小腿肌,身體向前的力矩便轉換為彈簧伸長的能量。此能量持續儲存到腳跟離地時,彈簧再釋放能量幫助腳板推進直到腳尖離地。」

麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)曾在西元2013年研究出一組空氣壓縮機系統,外接馬達和電池,能減少行走時6%代謝消耗(反應人行走時的省力感)。但此次最大的進展在於除去外接電源,改以離合器和彈簧取代。支架可減少7.2±2.6%的行走代謝消耗,採碳纖維製作,重量僅300至500克,使用者還可穿入一般運動鞋。卡內基美隆大學機械工程系教授史蒂芬·柯林斯(Steven Collins)說:「我和薩瓦斯奇還在研究所時就決定要製作省力支架,這是近百年來大家熱衷的研究領域。」

團隊利用超音波影像技術,了解肌肉和肌腱在行走時的動作關係設計出支架,共花了五年研究,投入超過60萬美元(約新台幣1880萬元)。北卡羅來納州立大學學生布魯斯威金(Bruce Wiggin)說:「研究成果竟然登上全世界最具威望的科學期刊《自然(Nature)》網站首頁,我真的超級興奮!」

支架已通過臨床測試,但產品和設計尚在雛形階段,未來團隊希望產品化的價格能降至1000美元(約新台幣3萬1000元),柯林斯表示:「我們還不能確定支架能否在跑步或行走以外的活動中使用,除此之外我們也需要好的包裝行銷才會開賣。」