在穿戴式助行机器人领域，一项突破性研究成果引发关注。南方科技大学一支科研团队针对传统外骨骼机器人存在的不足，创新研发出穿戴式半人马负重助行机器人，为解决负重行走难题提供了全新思路。
负重行走在军事活动、应急救援以及日常生活中十分常见，然而高强度负重行走会带来诸多问题。它不仅会使人体代谢急剧上升，导致作业效率下降，还极易引发肌肉骨骼损伤等健康风险。目前，以穿戴式外骨骼为主的机器人，助力方向与人体行进方向夹角较大，助力效率较低。与背包负重方式相比，人体新陈代谢率仅能降低约10%，难以满足实际需求。
该科研团队从自然界四足动物负重形态中获取灵感，提出了一种全新的人机协作模式。他们摒弃了机器人与人腿刚性并联的传统设计，让机器人作为独立肢体，通过穿戴式弹性耦合接口与人背部连接。这种构型构建了“人类智能领航 + 机器人力量负重”的人机混合四足系统，既保留了人类在复杂环境下的导航决策能力，又能让机器人分担重量并高效提供行进方向推力。
为攻克人机之间复杂的动力学耦合难题，团队设计了基于菱形连杆与拮抗弹簧的“软化弹性耦合机构”。此机构具有非线性刚度特性，在作用力小时刚度大、响应快，在作用力大时刚度小、缓冲强。这种特性实现了人机动力学的动态解耦，使机器人能够像独立个体一样稳定控制，同时通过接口精准输出助力。
结合“行走 - 交互（Loco - interaction）协同控制框架”，半人马机器人能够实时感知人体运动意图。在无需人工指令的情况下，它可实现高精度全向跟随运动，在维持自身平衡的同时，向人体提供稳定的水平行进推力。
基于所提出的半人马系统，研究团队开展了多维度综合实验验证。在机动性方面，机器人展现出卓越的灵活性与良好的地形适应能力。它不仅能在1米狭窄空间内连续完成“8”字绕桩，还能利用视觉感知自主规划策略，顺畅通过台阶、斜坡及户外复杂路面。
在负重效能方面，人体实验数据成效显著。相较于背负20kg重物（约占体重29%）的情况，穿戴半人马机器人并具有水平助力条件下，人体净代谢成本显著降低35%，足底压力减少了52%。步态分析结果显示，受试者穿戴该机器人后，步宽变异性显著降低，其稳定性指标与零负载空载行走无显著差异。这表明半人马人机四足构型能有效缓解负重力对人体带来的行走扰动，进一步提升负重行走的侧向稳定性，充分验证了“垂直负载分担 + 水平质心助力”复合助力范式的高能效优势。
该研究得到了国家自然科学基金联合基金重点项目、教育部联合基金创新团队、深圳市科技创新局及高水平专项资金的资助支持。
