Human endurance in underwater locomotion is fundamentally restricted by high energetic demands to overcome drag and the finite supply of self-contained breathing gas. While exoskeleton technology can reduce the metabolic cost of humans in terrestrial locomotion, its potential to enhance human endurance during underwater diving remains entirely unexplored. Here, we present DiveMate, a field-deployable, untethered exoskeleton designed to improve human diving endurance via adaptive kick assistance in real-world underwater environments. During naturalistic diving, DiveMate increases the travel distance using a given energy (breathing gas) by 42.9% and extends dive duration by 54.9% through reducing gas consumption rate. Marked reductions in muscle activation indicate a decrease in physiological exertion, with the net gas consumption rate decreasing by 47.0%. Kinematic characteristics and regularity improvements further underpin efficient energy economy. These results suggest that applying exoskeleton assistance is beneficial for improving human diving endurance and augmenting their ability to explore the aquatic world. This study extends the application frontier of exoskeletons and provides a potential reference for the design and assessment of future underwater assistive devices.


翻译:人类在水下运动中的耐力主要受限于克服阻力的高能耗以及自持呼吸气体的有限供应。尽管外骨骼技术能够降低人类在陆地运动中的代谢成本,但其在提升水下潜水耐力方面的潜力尚未被探索。本文提出DiveMate——一种现场可部署的无系留外骨骼,旨在通过真实水下环境中的自适应踢腿辅助提升人类潜水耐力。在自然潜水场景中,DiveMate将给定能量(呼吸气体)下的行进距离提升42.9%,并通过降低气体消耗率将潜水时长延长54.9%。肌肉激活的显著降低表明生理负荷减少,净气体消耗率下降47.0%。运动学特征与规律性的改善进一步支撑了高效的能量经济性。这些结果表明,应用外骨骼辅助技术有利于提升人类潜水耐力,并增强其探索水下世界的能力。本研究拓展了外骨骼的应用前沿,为未来水下辅助装置的设计与评估提供了潜在参考。

0
下载
关闭预览

相关内容

水下无人通信载荷技术综述与应用前景
专知会员服务
21+阅读 · 2025年3月30日
跨域无人集群协同反潜搜索方法研究
专知会员服务
38+阅读 · 2024年5月1日
《将无人潜航器集成到海军应用中》
专知会员服务
60+阅读 · 2024年4月24日
大型无人潜航器研究现状及作战应用分析
专知会员服务
66+阅读 · 2023年5月10日
前沿:水下机器人及其导航系统
科学出版社
11+阅读 · 2019年6月22日
【紫冬声音】基于人体骨架的行为识别
中国自动化学会
17+阅读 · 2019年1月30日
基于人体骨架的行为识别【附PPT与视频资料】
人工智能前沿讲习班
31+阅读 · 2019年1月15日
【学科发展报告】无人船
中国自动化学会
29+阅读 · 2019年1月8日
人体骨骼关键点检测综述
极市平台
22+阅读 · 2018年6月29日
国外无人水下航行器装备与技术现状及展望
无人机
14+阅读 · 2018年1月11日
水下无人系统发展现状及关键技术
无人机
21+阅读 · 2018年1月5日
无人艇的发展趋势
无人机
13+阅读 · 2017年11月6日
盘点现代水面无人艇技术
无人机
29+阅读 · 2017年10月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 6月17日
相关资讯
前沿:水下机器人及其导航系统
科学出版社
11+阅读 · 2019年6月22日
【紫冬声音】基于人体骨架的行为识别
中国自动化学会
17+阅读 · 2019年1月30日
基于人体骨架的行为识别【附PPT与视频资料】
人工智能前沿讲习班
31+阅读 · 2019年1月15日
【学科发展报告】无人船
中国自动化学会
29+阅读 · 2019年1月8日
人体骨骼关键点检测综述
极市平台
22+阅读 · 2018年6月29日
国外无人水下航行器装备与技术现状及展望
无人机
14+阅读 · 2018年1月11日
水下无人系统发展现状及关键技术
无人机
21+阅读 · 2018年1月5日
无人艇的发展趋势
无人机
13+阅读 · 2017年11月6日
盘点现代水面无人艇技术
无人机
29+阅读 · 2017年10月16日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员