Wearable Biomechanical Devices: from Energy Harvesting to Improving Walking Efficiency

主講人 : Prof. Li Qingguo

步行是一項日?；顒樱枰拇罅磕芰?。為減少步行的代謝成本，已經開發出多種外骨骼。外骨骼開發有兩種流行的方法：1）通過主動裝置增加能量，以輔助同心肌肉收縮；2）利用被動機制在不同的步態階段（或關節之間）轉移能量，以輔助等長肌肉收縮。與外骨骼開發平行，我們最近的工作聚焦于生物力學能量收集，旨在在日常活動中從用戶身上提取能量并產生電力。盡管能量收集器的設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，但它們在人與設備的交互和設備設計上有相似之處。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教授及其團隊開發了一種能量移除外骨骼，能夠輔助腿后肌肉的偏心收縮，并同時產生電力。這種在用戶身上移除能量的能力，同時產生電力，表明采用這種輔助技術的設備可以自我供電，延長其操作壽命并實現自適應控制。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重要。這一工作提升了對步行時與外骨骼之間復雜的人機交互的理解，以及支配人類步態和步行能量學的一般原則。

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，以提供對設備設計、控制和評估的見解，通過人體實驗展示理解用戶與設備之間的交互和人類生物力學在外骨骼設計中的重要性。

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（SFU）工程學院獲得機器人學博士學位。2005年至2008年，他在SFU的運動學學院從事博士后研究。2009年，Li Qingguo加入加拿大安大略省金斯頓的女王大學，目前是斯密斯工程學院機械與材料工程系的全職教授。他擔任機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器人和人類運動監測傳感器、人類增強和傷害預防應用方面。Li Qingguo在高影響力期刊上發表了超過60篇論文，其中兩篇在《科學》雜志上發表。Li Qingguo持有多項美國和加拿大專利，并共同創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年擔任中國浙江大學訪問教授，并于2023年至2024年擔任印度魯爾基印度理工學院的訪問教授。2006年，Li Qingguo獲得加拿大總督金獎。