利用电机动力挑战普遍性疾病

慢性腰背疼痛非常普及，虽然既不致命也不传染，但却难以治疗，给社会带来极大负担。电动外骨骼可以为极其脆弱的腰椎提供缓冲。法国制造商Japet的产品不仅要保证最高品质，还要尽可能轻便。在这方面还要依靠FAULHABER。

每10个病假中就有1个是因为腰背疼痛导致的，提前退休者中有13%患有腰背疼痛。80%的人曾得过腰痛，总人口中10%至20%的人患有慢性腰痛。这些来自法国的数据显示，后续费用给经济和医疗体系带来的负担每年预计达200亿欧元。所有工业化国家的情况都十分类似。

对脊柱造成的不良应力和持续超负荷是目前导致慢性腰痛最常见的原因。其实只要遵循下面这个简单的守则，就很容易避免不良应力。抬起东西时，要屈膝而不是弯腰，同时保持上身直立。在日常生活和工作中，这个守则却往往难以遵循。把病人扶下床，从车上搬邮包，在生产过程中搬运重物，或在建筑工地使用重型便携式机器工作，这些情况下都很难将背部应力保持在符合人体工学的正确范围内。这样，抬起的重量不可避免地压在屈曲的脊柱上。


负杠杆效应使问题更加严重
这里的杠杆效应极其负面。根据弯曲程度，一个10公斤重的包裹在下脊柱腰椎间盘上施加的力高达50公斤。尽管这些由纤维软骨构成的天然减震器异常坚韧，富有弹性，但随着时间的推移，它们会逐渐老化。如果不断受到过大的应力，出现过早的磨损，它们就会萎缩，减震效果减弱，邻近骨组织也会发生变化，并往往会造成疼痛。椎间盘滑脱时，椎间盘破裂，髓核脱出，压迫周围的神经，极其疼痛。

“如果不能持续避免不当应力，就要考虑采取缓解措施，”Antoine Noel说。2015年，这位机器人工程师与Amelie Blondeaux和Damien Bratic在里尔成立了Japet公司。“我们的目的是开发一款主动支撑腰椎的束腹。用电机动力补偿不良应力，从而保护椎间盘。”


通过致动器减缓压力
他们的成果就是名为Japet.W的外骨骼。它主要由两条皮带组成，这两条皮带通过四个致动器相互连接——身体两侧各两个致动器。上带支撑背部，下带贴靠在臀部上方。致动器是所谓的串联弹性致动器 (SEA)。致动器“感觉到”力的作用时，通过自身电机动力来“抵抗”这些作用力。

最重要的元件包括一台电机、一个丝杠和一个弹簧。打个比方，如果外骨骼穿戴者向前弯腰拿起重物，电位计会测量所施加的力。在测量信号的作用下，通过减速箱与驱动丝杠相连接的电机开始运行。丝杠转动将电机动力传递给弹簧。它从下腰带向上腰带施压，支撑上半身，缓解腰椎受力。穿戴者可以在外骨骼的四个缓解等级中进行选择。该装置的控制器和电池集成在两条皮带上。

“臀部只会感受到外力的些许额外应力；它们在任何情况下都能够安然无恙地承受更大重量，”Antoine Noel解释道。“另一方面，作用在腰椎上的力得到大大减小。最重要的是，弯腰时椎间盘上的过度应力得到显著降低甚至完全避免。同时，上半身的姿势也得到改善。”


微电机举起四辆汽车
Japet的创始人在一个展会上首次与FAULHABER相遇。当时，他们公司还只是法国北部某家诊所下属的技术试验室。第一笔买卖还遥遥无期。在他们的第一台试验设备中，三位年轻的创业者安装了价格低廉噪音大的电机，控制性不佳。FAULHABER公司的专家们看中了年轻工程师们的想法，为他们提供了细致的咨询和高品质的电机原型，以满足严苛的应用需求。Antoine Noel强调说：“这对我们产品的量产意义重大。”。

Japet.W外骨骼中有4台1524...SR系列贵金属换向有刷电机提供支撑力，缓解脊柱压力。15A系列行星减速箱传输负载，减速比为52:1。当然，由于该装置是穿戴式，所以能节省每一克重量都很重要。每台电机18克，驱动装置只占总重量的很小一部分。电机虽轻，但动力强大，一个工作日下来，可以为椎间盘减轻相当于三到四辆中型轿车的重量。


除了体积和动力比，质量和可靠性也是Japet的关键性标准。“外骨骼是经过认证的医疗产品”，Antoine Noel解释说。“这里采用的是最高标准。此外，该设备必须为佩戴者长时间连续工作，期间无需维护最为理想。FAULHABER的驱动器让这成为可能。”

目前，Japet.W已上市一年多，主要用于铁路、建筑和医疗保健等众多行业。它的使用可以预防慢性腰背痛，还可以为已有症状但希望继续工作的人提供帮助。“以前工作时感到腰背疼痛的佩戴者当中，有75%的人表示疼痛得到有效缓解，”Antoine Noel强调说。“从医学角度看，这是非常值得关注的，因为慢性腰背痛是一种非常顽固和难以治疗的疾病。随着法定退休年龄的提高，以及高龄员工专业技能的价值得到越来越大的重视，外骨骼也就具有了相当大的经济潜力。”

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