Research press release



利用者に順応し、現実世界の状況下で、より速く、効率的に歩くことを支援する外骨格「ブーツ」について記述した論文が、Nature に掲載される。今回の研究で得られた知見は、ウエアラブルロボットの設計に対する新しいアプローチを実証し、このデバイスが日常生活で広く使用される可能性を明確に示している。


今回、Patrick Sladeたちは、これらの課題に取り組むため、データ駆動型モデルと低コストの携帯型センサーを組み合わせた手法を開発した。このモデルでは、センサーによって収集された情報(足首の角度や速度など)に基づいて外骨格デバイスが歩行に与える影響を評価し、個々のユーザーの歩行特性に最も適したデバイスに調整することができる。その結果、新しい手法が、従来の実験室での方法と同じように外骨格の最適化に有効であるだけでなく、4倍の速さで効果を発揮することが分かった。この結果と現実世界の最適化データに基づいて、それぞれの足首に装着する外骨格と腰に装着するバッテリーパックからなる特殊な足首外骨格が設計された。このデバイスを使用すると、標準的な靴と比較して、歩行速度が9%上がり、自然歩行時のエネルギーコストが17%削減され、エネルギー節約量は、9.2キログラムのバックパックを取り外して歩く場合と同等だった。


An exoskeleton ‘boot’ that can adapt to the user to help people walk faster and more efficiently in real-world conditions is described in a study published in Nature. The findings demonstrate a new approach to wearable robot design and highlight the potential of such devices being widely used in everyday life.

Exoskeletons that assist leg movement, by increasing walking speed and reducing the energy required, can be helpful for people with mobility impairments or with physically demanding jobs. Benefits of such devices have been demonstrated mostly in research laboratories on treadmills, rather than in real-world conditions, where walking speed and duration is variable.

To address these challenges, Patrick Slade and colleagues developed an approach combining a data-driven model with low-cost, portable sensors. The model can assess how exoskeleton devices affect walking based on information (such as ankle angle and speed) collected by the sensors to tune the device so that it best suits the walking characteristics of the individual user. They found that the new method was not only equally effective as the traditional laboratory methods in optimizing exoskeletons, but did so four times faster. Based on the results and real-world optimization data, the authors designed a specialized ankle exoskeleton consisting of one exoskeleton worn on each ankle and a battery pack at the waist. The device led to a 9% increase in walking speed, and a 17% reduction in energy cost during natural walking compared to normal shoes, where the energy savings are equivalent to removing a 9.2 kg backpack.

The findings demonstrate that the new approach can improve the performance of exoskeletons by optimizing them to individual needs. Future studies are needed to bring the devices to practical use and explore how the methods can be adapted to other devices and activities.

doi: 10.1038/s41586-022-05191-1

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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