Soft wearable actuators can help connect machines and humans, providing a personalized, ergonomic, and cooperative physical interface between people and their world. Until now, the torque of these interfaces has been limited, restricting their ability to assist the completely paralyzed. This article presents a method for realizing a soft structure that stably and comfortably applies a knee extension torque to the body that is sufficient for sit-to-stand (STS). The structure, the pleated pneumatic interference actuator (PPIA), is based on pleated inflatables; is lightweight, collapsible, and clothing integratable; and generates torque from buckling of a constrained fabric-reinforced rubber tube. Multiple PPIAs were integrated into a soft orthosis, the soft lift assister for the knee (SLAK). The SLAK was inflated to a pressure of 320 kPa, and it produced a maximum 324 Nm torque at a flexion angle of 82°. This exceeds the peak 180 Nm torque required for STS and torques required for other everyday tasks. The SLAK met the torque requirement for STS, which is more than 93% of the STS motion when worn by a test leg. Worn by a human, it shows potential for complete support, which is more than 100% of the motion. The PPIA's theoretical model overestimated torque at low to moderate flexion angles and underestimated PPIA torque at high flexion angles. Further development of the PPIA will focus on testing the SLAK with human subjects; increasing the PPIA's speed and flexibility; reducing the PPIA's bulk; and improving the PPIA's model accuracy.

中文翻译：

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柔软、可穿戴和打褶的气动干扰执行器为坐站提供膝关节伸展扭矩

软可穿戴执行器可以帮助连接机器和人类，在人与他们的世界之间提供个性化、符合人体工程学和协作的物理界面。到目前为止，这些接口的扭矩一直受到限制，限制了它们帮助完全瘫痪的能力。本文提出了一种实现柔软结构的方法，该结构稳定且舒适地向身体施加足以进行坐站 (STS) 的膝关节伸展扭矩。折叠式气动干涉执行器 (PPIA) 结构基于折叠式充气装置；轻巧、可折叠、可与衣服融为一体；并通过受约束的织物增强橡胶管的屈曲产生扭矩。多个 PPIA 被集成到一个软矫形器中，即膝关节软提升辅助器 (SLAK)。SLAK 被充气到 320 kPa 的压力，它在 82° 的弯曲角度产生了最大 324 Nm 的扭矩。这超过了 STS 所需的峰值 180 Nm 扭矩和其他日常任务所需的扭矩。SLAK 满足 STS 的扭矩要求，当被测试腿佩戴时，该扭矩超过 STS 运动的 93%。由人类佩戴，它显示出完全支持的潜力，这是超过 100% 的运动。PPIA 的理论模型高估了低到中等屈曲角度的扭矩，而低估了高屈曲角度的 PPIA 扭矩。PPIA 的进一步发展将侧重于用人类受试者测试 SLAK；提高 PPIA 的速度和灵活性；减少 PPIA 的体积；并提高 PPIA 的模型精度。这超过了 STS 所需的峰值 180 Nm 扭矩和其他日常任务所需的扭矩。SLAK 满足 STS 的扭矩要求，当被测试腿佩戴时，该扭矩超过 STS 运动的 93%。由人类佩戴，它显示出完全支持的潜力，这是超过 100% 的运动。PPIA 的理论模型高估了低到中等屈曲角度的扭矩，而低估了高屈曲角度的 PPIA 扭矩。PPIA 的进一步发展将侧重于用人类受试者测试 SLAK；提高 PPIA 的速度和灵活性；减少 PPIA 的体积；并提高 PPIA 的模型精度。这超过了 STS 所需的峰值 180 Nm 扭矩和其他日常任务所需的扭矩。SLAK 满足 STS 的扭矩要求，当被测试腿佩戴时，该扭矩超过 STS 运动的 93%。由人类佩戴，它显示出完全支持的潜力，这是超过 100% 的运动。PPIA 的理论模型高估了低到中等屈曲角度的扭矩，而低估了高屈曲角度的 PPIA 扭矩。PPIA 的进一步发展将侧重于用人类受试者测试 SLAK；提高 PPIA 的速度和灵活性；减少 PPIA 的体积；并提高 PPIA 的模型精度。这超过了运动的 100%。PPIA 的理论模型高估了低到中等屈曲角度的扭矩，而低估了高屈曲角度的 PPIA 扭矩。PPIA 的进一步发展将侧重于用人类受试者测试 SLAK；提高 PPIA 的速度和灵活性；减少 PPIA 的体积；并提高 PPIA 的模型精度。这超过了运动的 100%。PPIA 的理论模型高估了低到中等屈曲角度的扭矩，而低估了高屈曲角度的 PPIA 扭矩。PPIA 的进一步发展将侧重于用人类受试者测试 SLAK；提高 PPIA 的速度和灵活性；减少 PPIA 的体积；并提高 PPIA 的模型精度。