在負重行走輔助技術領域，南方科技大學機械與能源工程系付成龍教授團隊取得了突破性進展。其團隊研發的穿戴式半人馬負重助行機器人，為解決高強度負重行走難題提供了創新方案，相關研究成果發表于機器人領域權威期刊《International Journal of Robotics Research》。
負重行走常見于軍事行動、應急救援及日常生活場景，但傳統方式存在顯著弊端：人體代謝率會因高強度負重急劇上升，作業效率隨之下降，肌肉骨骼損傷風險也大幅增加。目前主流的穿戴式外骨骼機器人雖能提供一定助力，但因助力方向與人體行進方向存在較大夾角，導致助力效率低下。實驗數據顯示，此類設備僅能將人體新陳代謝率降低約10%，與背包負重方式相比優勢有限。
針對現有技術的局限性，研究團隊突破傳統設計框架，提出全新的人機協作模式。該模式借鑒自然界四足動物的負重形態，將機器人設計為獨立肢體而非與人腿剛性并聯。通過穿戴式彈性耦合接口，機器人與人體背部實現柔性連接，構建起"人類智能導航+機器人力量負重"的混合四足系統。這種設計既保留了人類在復雜環境中的決策能力，又充分發揮了機器人分擔重量、提供行進推力的優勢。
為解決人機動力學耦合難題，團隊創新設計了基于菱形連桿與拮抗彈簧的軟化彈性耦合機構。該機構具有獨特的非線性剛度特性：當作用力較小時呈現高剛度，實現快速響應；當作用力增大時剛度降低，提供強緩沖效果。這種特性使機器人能夠像獨立個體般穩定運行，同時通過接口精準輸出助力。結合"行走-交互協同控制框架"，機器人可實時感知人體運動意圖，無需人工指令即可實現全向跟隨，并在維持自身平衡的同時提供穩定的水平推力。
綜合實驗驗證了該系統的卓越性能。在機動性測試中，機器人能在1米狹窄空間內連續完成"8"字繞樁動作，并借助視覺感知自主規劃路徑，順利通過臺階、斜坡等復雜地形。負重效能測試顯示，與背負20kg重物（約占體重29%）相比，穿戴機器人并開啟水平助力后，人體凈代謝成本降低35%，足底壓力減少52%。步態分析進一步表明，受試者穿戴機器人后的步寬變異性顯著降低，側向穩定性指標與空載行走無異，驗證了"垂直負載分擔+水平質心助力"復合模式的高能效優勢。
這項研究從系統設計層面重新定義了負重行走輔助機器人的發展方向。不同于傳統腿式外骨骼必須模擬人體形態的局限，半人馬系統采用"人類負責環境感知與決策、機器人負責承重與助力"的分工原則，形成了人機共融的四足協作形態。該設計使機器人既能分擔垂直負荷，又能沿人體質心運動方向輸出穩定推力，直接補償負重行走所需的推進功，顯著提升了負重行走的效率與可持續性。
在應用場景方面，該機器人展現出廣闊前景。其獨特的負重行走能力使其特別適用于應急救援物資轉運、野外巡檢勘探、復雜地形后勤保障等需要突破人體生理極限的場景。通過將人類在非結構化環境中的適應性與決策優勢，與腿足機器人的承載能力有機結合，該技術為挑戰環境下的負重行走輔助提供了全新解決方案。
