应浙江大学机械电子控制工程研究所刘涛教授的邀请，加拿大女王大学机械与材料工程学系副教授（终身教职）李庆国教授为我校教师和学生做了一场精彩的学术报告，报告题目为“人体行走过程中的能量采集：生物力学的分析以及设备的研制”。机电所副所长屈冰峰教授主持了报告会，刘涛教授以及20余名来自不同研究所的学生参加了此次报告会。报告会于6月18日上午在玉泉校区液压老楼四楼会议室举行。
李教授首先从设备研制的背景开始说起，在开发膝上能量采集器时，已经有多种设备和装置被用来收集人体运动中的能量，比如：手摇曲柄、自行车发电、装有发条的手电筒，但是一个突出的问题是很多设备需要人体特意的运动，这限制了发电时间和功率。然而，利用生物力学的能量采集器允许在人体日常活动过程中采集能量，使得发电时间大大延长。一个典型的例子是自动上发条的瑞士表，已经存在很多类似原理的能量采集设备，利用外部负载驱动发电机。一个成功的例子是装有弹簧的能量采集背包，能够将背包的线性运动转化为电磁发电机的旋转运动，但该背包重约30kg，主要用于军方；另一个例子是利用人体的惯性从鞋底的压缩中收集能量。
李教授则开发了一种在几乎不影响人体行走的前提下，能够采集大量能量的膝上能量采集器。李教授充分研究了人体的步态，并通过对实验数据的处理，得到人体腿部踝关节、膝关节、髋关节的角速度、力和力矩曲线。在反复分析对比后，发现人体的膝关节最适合在行走过程中采集能量。而且，在膝关节运动的四个阶段中，“knee extension”阶段的膝关节速度大、力矩大，能够采集最多的能量。同时，在该阶段的最后一段时间内，膝曲肌将做负功使得小腿速度减小并停止。膝上能量采集器巧妙的运用了这一点，通过传感器检测膝关节的运动状态，当运动到“knee extension”阶段时，离合器将输入轴和变速轮系连接，开始采集能量，在这个过程中，能量采集器提供了负功，帮助人体肌肉使小腿停止向外转动，当运动到其它阶段时，则断开离合器。最终的结果是，人体几乎消耗等量的代谢能来转化为电能，发电功率约为5W。
在膝上能量采集器取得了重大的成果后，李教授并没有安于现状，而是针对膝上能量采集器将膝盖的三维运动束缚在平面的缺点，设计和开发出了自己的能量采集背包。设备被设计得十分轻巧，而且采用背包形式，使得设备的重心更接近人体本身的重心，减少了负载设备带来的能量消耗。另外，利用人体远端大幅度的运动发电，使得功率能够进一步提高。同时，没有在腿部安装其它装置，仅仅用传送带将背包与鞋后跟连接，减小了对人体的束缚和对行走的影响。在机构的设计上也十分的精妙，左右腿的运动能够互相协调和帮助设备的工作。
最后，李教授提到了自己最新的研究，也就是利用惯性传感器测量人体行走中的运动学数据，与所内刘涛老师的研究课题紧密相关，该技术有望在十年左右的时间内取代目前已成熟的高速摄像头运动捕捉系统，并使得测量不再局限于实验室内。
报告会接近尾声，李教授与师生进行了问答互动，就实验原理、动物身上的能量采集等问题进行了有趣的讨论，并欢迎学生通过邮箱在会后交流。此次报告会在浓厚的学习氛围中结束。