假脚模仿人类步态提高湿滑地面上的稳定性

新型SoftFootPro仿生脚原型是一款无动力、灵活、防水的假脚，其灵感来自人体肢体解剖学。该原型由位于热那亚的意大利理工学院(IIT-ItalianInstituteofTechnology)设计。其设计在国际上独一无二，旨在既为肢体残缺者提供灵活的技术假肢，又为未来的人形机器人提供解决方案。

该公司的部分关键技术解决方案已获得两项国际专利，第三项专利正在接受欧洲专利局的评估。SoftFootPro专为在不平坦的地形(包括湿滑的地面)上使用而设计，对于假肢使用者和机器人来说，在这些地形上保持平衡通常更具挑战性。

新原型在热那亚举行的G7健康轨道技术活动“终身预防，健康积极老龄化”上首次向公众展示，该活动由意大利卫生部与IIT合作举办。该活动重点关注G7健康轨道的第二大优先事项，并嵌入G7主席国第三届卫生工作组及其人工智能(AI)高级别会议。

两个主要主题分别是终身预防(LLP)和创新，前者对于防止过早亡和残疾寿命的延长必不可少，而后者在持续努力实现健康和积极的老龄化方面发挥着至关重要的作用。

SoftFootPro是IIT在活动期间在专门的展区展示的健康技术之一。此前，在IEEE国际机器人与自动化会议(ICRA2024，横滨)上，特邀演讲者ManuelG.Catalano向日本科学界进行了口头介绍，他是IIT热那亚人类合作与康复实验室软机器人研究员，由IIT高级科学家AntonioBicchi协调。

“假肢和当今的人形机器人的共同点是具有扁平或低柔韧性的足部，以确保最大程度的稳定性，但无法适应地形轮廓、坡度和跪下或弯曲等不同姿势的变化，”卡塔拉诺解释说。

印度理工学院(IIT)研究团队与比萨大学CentroE.Piaggio合作，设计出一种假脚，其形状和功能均受到人体解剖学的启发。

SoftFootPro重约450克，可支撑高达100公斤的负重。它由钛合金(或航空级铝合金)制成的移动足弓机构组成，其两端由五条平行排列的高强度塑料链连接，以模拟人脚的足底筋膜。这些链条由一条210毫米长的高性能、机械不可伸缩的电缆纵向穿过，电缆连接在脚跟处。

每条链的特点是多个模块由源自汽车技术的高强度塑料制成，并通过成对的弹性材料相互连接。足弓系统和弹性链构成了人类足部跗骨、跖骨和指骨组成的人造结构。

这种特殊的结构可以复制绞盘机制，逐渐使足底筋膜变硬，从而均匀分布行走时施加在地面上的力量。这对于穿着SoftFootPro的人的步态至关重要，因为它有助于更​​有效地与障碍物协调，从而在行走过程中更好地向前推进，并在站立的最后阶段提高能量效率。同时，鞋底的适应性和弹性特性有助于吸收大约10%到50%的地面冲击力。

此外，与目前市场上的刚性假肢不同，SoftFootPro可以改变其形状，使脚底变形并适应地形的粗糙度和任何障碍物，将其最小化，提高步伐的自然性，并增强用户的稳定性。从这个意义上讲，原型体现了一种人工智能，增强了系统的自主性和管理能力，与人类的感觉运动特征相协调。

由于其灵活性，SoftFootPro完美地再现了人类双脚的自然姿势，并允许执行简单的日常动作，例如弯腰系鞋带或从地上捡起东西，还可以改善上楼梯的体验。最后，防水功能使SoftFootPro适合在草地、海滩和湿滑地形等户外使用，避免用户最终需要换用专门为特定活动设计的假肢。

作为与汉诺威医学院(MHH，德国汉诺威)和维也纳医科大学(MUV，奥地利维也纳)的国际合作的一部分，各种SoftFootPro原型已经由单侧下肢截肢者进行了测试。

这些实验是在不同的欧洲项目框架内进行的，包括自然仿生学项目。人造脚还已在苏黎世联邦理工学院(ETHZ，瑞士苏黎世)的四足机器人Anymal和东京大学(日本东京)实验室的人形机器人HRP-4上成功进行了测试。

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