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文本《中国科学报》实*生记者杜桑尼（Du Shanni）的模拟人体模型再次下降，研究再次失败。

外骨骼中有关智力的体现的研究是一个略有空白的领域。如何在数字模拟中构建模特？这个问题困扰着卢·舒恩（Lu Shuzhen）近两个月。

权威学者对研究的进度停滞不前，这一切都使卢·舒恩（Luo Shuzhen）当时感到非常压力。但是她从未想过放弃并坚信自己会克服研究挑战。最近，Abring of Aeronautics and Actronautics机械工程系助理教授Lu Shuzhen发表了她作为第一作者一生中的第一篇自然论文。在此结果中，研究团队越过了模拟与现实之间的差距，并提出了一种新方法，以允许机器人通过计算机模拟环境中的强化学*来学*控制策略。没有任何人类的实验，研究小组就实施了纯数字模拟培训，使用户可以穿外骨骼以立即进行良好的运动，而无需耗时和劳动密集型培训。它还具有根据不同用户的需求独立调整的能力。

Luo Shuzhen和其他人发表的自然论文

这项研究标志着外骨骼技术的一个重大突破，使机器人更加聪明和实用，并有望*改善老年人的生活质量，流动性障碍者和残疾人。美国北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程系副教授Su Hao是该论文的相应作者。

科学研究是一件非常孤独的事情。所谓的“外骨骼”实际上是一个可穿戴的机器人，可以通过提供外部力量来帮助人体运动并增强力量和稳定性。它可以改善人类运动，恢复残疾人的流动性，并显着改善人们的健康和生活质量。尽管现有的外骨骼可以帮助人类步行，但通常仅限于实验室环境中使用它们。 “目前，外骨骼控制算法通常需要多达几个小时的人类实验和参数调整。这一过程是时必的且劳动密集型的，成为广泛应用外骨骼技术的主要障碍。”卢·舒恩解释说。在最新发表的研究中，研究小组打破了传统的外骨骼控制器模型，并开发了一种使用人工智能（AI）和计算机模拟训练外骨骼机器人的方法。该方法使外骨骼的设计和所有训练能够在数字模拟环境中进行，并且可以在实际环境中模拟和评估外骨骨骼与人体的相互作用过程，而无需人类外骨骼实验。 “当一个人佩戴外骨骼时，不需要手动调试。外骨骼设备将立即感知佩戴者的意图，并在适当的时间为用户提供最合适的帮助。它不仅可以适应步行，跑步和攀登等各种动作，而且可以独立地节省物理能源，在步行时也可以节省。”罗·舒恩说。在数字驱动的模拟空间中实施真实情况是这项研究的最大亮点之一，也是要克服的最困难的技术问题。作为一种自主剂，很难模拟。在模拟过程中需要考虑各种因素，例如人体的生物力学特征，对人与外骨骼之间的信息交换和相互作用的实时模拟，并且适应了不同个体的生理特征和运动方法。卢·舒恩解释说。为了克服人体模拟问题，研究团队创建了一个高保真的肌肉骨骼模型，并设计了三种深神经网络闭环模拟训练方法，以在模拟中产生人体运动，肌肉配位和外部骨骼控制，并通过交换态态信息来准确模拟人类的相互作用过程。

三个深神经网络闭环模拟训练方法。资料来源：自然纸

但是，如何链接这三个深神经网络并保持稳定性？这个问题已经困扰着卢·舒恩（Luo Shuzhen）很长时间了。卢·舒恩（Luo Shuzhen）回忆说：“在进行研究大约一年半之后，我们发现模拟的人体在模拟过程中经常掉落。我们试图更改参数或多次调整算法，但这是没有用的。”在此期间，停滞不前的研究进展并找不到有效的解决方案，陷入了挫折和困难，并产生了无数的自我怀疑。同时，相关领域的研究人员还质疑这项工作，包括来自著名高等教育机构的权威学者，这些学者看不见，这使Luo Shuzhen感到更加压力。 Luo Shuzhen说：“实际上，大多数人认为模拟是不可靠的。由于人体非常复杂，因此在不使用大量数据库的情况下，很难在本研究中模拟个体差异。”但是，即使面对研究挑战和权威性疑问的双重压力，卢·舒恩（Luo Shuzhen）也从未想过要放弃，直到她参加了一次机器人会议并发生了一切。当她与一位美国教授关于这项研究的讨论并提到自己的困难时，她不小心听到人群中的一名博士生中断时，“必须确保人们在人们思考外部事情之前保持稳定。”卢·舒恩（Lu Shuzhen）当时没有考虑过博士生的话，但是当她回到实验室再次思考时，她突然意识到。 “我意识到，在外骨骼的设计过程中，模拟训练需要明确的目标功能，例如确保人们可以稳定行走。因此，我添加了一个关键因素，以确保人们在外骨骼的目标功能方面保持稳定。后来，我发现整体效果得到了显着改善。” Lushen告诉《中国科学报》。

卢申。由受访者提供的照片

在卢申的看来，进行科学研究是一件非常孤独的事情。在面对挑战时，研究人员不可避免地会陷入科学研究困境的恶性循环，因为他们不知道，开放的沟通一直是她找到突破的重要方法。 “您不能在闭门造车后面进行科学研究。通过与他人进行沟通，您不仅可以帮助自己重新检查研究想法，还可以打破思维障碍。所谓的旁观者很明确，其他人可能会发现一些您没有注意到的细节或关键点，从而帮助自己找到新的解决方案。”罗·舒恩说。为了确保通过模拟学*获得的外骨骼控制器可以在实际应用中实现预期效果，研究团队验证了三个运动（步行，跑步和攀登楼梯）的有效性，每个运动都包含8个健康受试者。结果表明，行走时，穿着外骨骼设备的受试者的平均代谢率降低了24.3，跑步时的平均代谢率下降了13.1，爬楼梯时下降了15.4。这些下降超过了使用便携式下肢外骨骼的任何先前研究实现的能量下降。 2023年9月4日，研究小组立即将文章提交给自然社论部。 Luo Shuzhen说：“我们收到了三位审稿人的回答，他们都是积极而积极的。最后一位评论者告诉我们，他对这项研究的结果感到非常不可思议。”整个提交和审核过程相对平稳。尽管研究小组进行了两轮修订，但它仅进行了一些分析实验。 2024年4月3日，该文件被成功接受。

将脚放在地面上，抬头看着星空。 2019年6月，Lushehen毕业于南卡伊大学人工智能学院Sun Qinglin教授研究小组，并来到美国继续她的博士后研究。她连续加入了新泽西理工学院生物医学工程系的周武研究小组，以及北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程系的SU HAO研究小组，在Exoskeletons领域正式开始研究。卢尚恩承认，她对科学研究的态度和哲学受到以上三位导师的深刻影响。在她的印象中，博士主管Sun Qinglin是一个镇定的人，他总是以平静的态度在科学研究中面临各种挑战和困难，并且永远不会急于取得成功。 “太阳老师知道科学研究是一个漫长而逐步的过程。因此，他从不敦促或要求学生在短时间内完成某些任务，而是给学生足够的时间来面对和解决科学研究中的问题。” Luo Shuzhen召回了《中国科学报》。这种教育方法不仅培养了Lu Shuzhen的科学研究技巧，而且还塑造了她对科学研究的正确态度。致力于有意义且能够解决实际问题的研究一直是Lushuzhen对科学研究的信念。这与她的博士后主管密切相关。在谈论博士后主管Su Hao的教义时，Lushehen引用了他经常说的八个单词来总结：脚踏实地并抬头看着星星。 “进行科学研究不仅需要脚踏实地，而且还需要'抬头看星星'。进行科学研究需要信仰，您必须知道，您所做的事情是有意义的，值得持续和追求的。老师使我了解科学研究不仅对学术突破，而且要改善人们的生活和解决现实问题的质量。”罗·舒恩说。在探索和学*外骨骼研究的过程中，Lushehen看到了其对人类健康及其广泛应用前景的潜在好处，并逐渐在该领域产生了强烈的兴趣和巨大的动力，并决定植根于此。

科学研究是一种实践。今年标志着Lushen的科学研究第10年。回顾他的科学研究经验时，卢·舒森（Luo Shuzhen）说：“科学研究是一种实践，对个性的培训和独特的挑战。在这条路上，我们将不可避免地面临各种挫折和不确定性的问题，以及来自他人的问题，以及我们必须忍受孤独感，并需要长时间的态度和态度的态度，以实现态度和态度，以实现态度和态度。一个人的能力和判断。”现在，卢·舒恩（Luo Shuzhen）的角色发生了巨大变化。她已经从博士后研究员转变为导师，并拥有自己的实验室和学生。在三位导师的影响下，卢尚恩（Luo Shuzhen）也非常重视学生的科学研究态度和概念，并鼓励学生找到他们感兴趣和善良的研究方向。同时，她非常重视及时有效的导师与学生之间的沟通和沟通。 “当我还是一名博士生时，学生可能会因为与主管的沟通不良而感到痛苦，或者导师可能无法正确解决问题。有效的沟通是解决这些问题的关键。我告诉我的学生，无论他们遇到什么问题和困难，他们都可以与我沟通。我希望为他们提供有用的帮助和避免探索。”罗·舒恩说。此外，Lushehen还专注于培养学生的独立思维能力，因为她认为：“博士生时期是提高学生解决问题的能力的非常关键的时期，这将影响他们的生活和未来的自信心。”纸链接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07382-4