Wearable Biomechanical Devices: from Energy Harvesting to Improving Walking Efficiency

主講人 : Prof. Li Qingguo

步行是一項日常活動，需要消耗大量能量。為減少步行的代謝成本，已經(jīng)開發(fā)出多種外骨骼。外骨骼開發(fā)有兩種流行的方法：1）通過主動裝置增加能量，以輔助同心肌肉收縮；2）利用被動機(jī)制在不同的步態(tài)階段（或關(guān)節(jié)之間）轉(zhuǎn)移能量，以輔助等長肌肉收縮。與外骨骼開發(fā)平行，我們最近的工作聚焦于生物力學(xué)能量收集，旨在在日常活動中從用戶身上提取能量并產(chǎn)生電力。盡管能量收集器的設(shè)計旨在以最小的用戶努力生成電力，而外骨骼則旨在提高步行效率，但它們在人與設(shè)備的交互和設(shè)備設(shè)計上有相似之處。這種理解促使我們提出了一種新的步行輔助理念——在步態(tài)周期的擺動階段移除能量，以輔助肌肉的偏心收縮。

為此，Li Qingguo教授及其團(tuán)隊開發(fā)了一種能量移除外骨骼，能夠輔助腿后肌肉的偏心收縮，并同時產(chǎn)生電力。這種在用戶身上移除能量的能力，同時產(chǎn)生電力，表明采用這種輔助技術(shù)的設(shè)備可以自我供電，延長其操作壽命并實現(xiàn)自適應(yīng)控制。他們的工作直接證實了能量移除外骨骼的輔助特性在步行代謝成本降低中的時機(jī)和幅度是重要因素，同時證明，在終末擺動階段的適度輔助對降低代謝成本至關(guān)重要。這一工作提升了對步行時與外骨骼之間復(fù)雜的人機(jī)交互的理解，以及支配人類步態(tài)和步行能量學(xué)的一般原則。

在本次講座中，Li Qingguo教授將討論在能量收集和步行輔助外骨骼方面的工作，以提供對設(shè)備設(shè)計、控制和評估的見解，通過人體實驗展示理解用戶與設(shè)備之間的交互和人類生物力學(xué)在外骨骼設(shè)計中的重要性。

主講人簡介：

Li Qingguo教授于2006年在加拿大不列顛哥倫比亞省本拿比的西門菲莎大學(xué)（SFU）工程學(xué)院獲得機(jī)器人學(xué)博士學(xué)位。2005年至2008年，他在SFU的運動學(xué)學(xué)院從事博士后研究。2009年，Li Qingguo加入加拿大安大略省金斯頓的女王大學(xué)，目前是斯密斯工程學(xué)院機(jī)械與材料工程系的全職教授。他擔(dān)任機(jī)械與材料工程系的副主任，以及碩士項目主席。

Li Qingguo的研究活動集中在可穿戴機(jī)器人和人類運動監(jiān)測傳感器、人類增強(qiáng)和傷害預(yù)防應(yīng)用方面。Li Qingguo在高影響力期刊上發(fā)表了超過60篇論文，其中兩篇在《科學(xué)》雜志上發(fā)表。Li Qingguo持有多項美國和加拿大專利，并共同創(chuàng)立了一家能源收集和外骨骼公司——生物動力公司（Bionic Power Inc.）。Li Qingguo曾于2015年至2016年擔(dān)任中國浙江大學(xué)訪問教授，并于2023年至2024年擔(dān)任印度魯爾基印度理工學(xué)院的訪問教授。2006年，Li Qingguo獲得加拿大總督金獎。