Robotiska lägre extremitet exoskeletoner som kan förändra gemensamma mekaniska uteffekt är nya verktyg för att studera förhållandet mellan mekanik och energier av mänsklig rörelse. Vi byggde pneumatiskt drivna fotledsexoskeletoner som styrs av användarens egen soleuselektromyografi (dvs. proportionell myoelektrisk kontroll) för att avgöra om mekanisk assistans vid fotleden kan minska den metaboliska kostnaden för nivå, stadig hastighet mänskliga promenader. Vi antog att försökspersoner skulle minska sin ämnesomsättning i proportion till den genomsnittliga positiva mekaniska kraft som levereras av de bilaterala fotled exoskeletons. Nio friska individer fullföljde tre 30·min sessioner går på 1,25·m·s - 1 medan bär exoskeletons. Under de tre sessionerna, subjekt' netto metabola energiutgifter under powered gång framskred från +7% till -10% av det under oläglig gång. Med praktiken minskade försökspersonerna signifikant sin muskelaktivitet (med ~28% rotmedel kvadrat-EMG, P <0.0001) och negativ exoskeleton mekanisk effekt (-0,09·W·kg -1 i början av session 1 och -0,03·W·kg -1 i slutet av session 3; P=0.005). Ankle gemensamma kinematiker återvände till liknande mönster som de som observerats under olägliga promenader. I slutet av den tredje sessionen, levererade de drivna exoskeletons ~63% av den genomsnittliga ankelleden positiv mekanisk kraft och ~22% av den totala positiva mekaniska kraften som genereras av alla lederna summeras (ankel, knä och höft) under oläglig gång. Minskningen av den totala ledpositiva mekaniska kraften på grund av driven fotledsassistans (~22%) var inte proportionell mot minskningen av nettometabolisk kraft (~10%). Den 'uppenbara effektiviteten' hos fotledens muskeltendonsystem under människans gång (~0.61) var mycket större än de rapporterade värdena för'muskulärt effektivitet' av positivt mekaniskt arbete för mänskliga muskler (~0.10-0.34). Hög fotled "uppenbar effektivitet" tyder på att recoiling Akilles "senan bidrar en betydande mängd fotled positiv kraft under push-off fas av promenader hos människor. Kompletterande material finns tillgängligt online på
Sawicki och Ferris REF använde samma proportionella myoelektriska kontroll på en pneumatiskt driven fotled exoskeleton för att ge fotled ledhjälp i syfte att minska metaboliska kostnader för promenader.
Mechanics and energetics of level walking with powered ankle exoskeletons
{'venue': 'The Journal of experimental biology', 'journal': 'The Journal of experimental biology', 'mag_field_of_study': ['Biology', 'Medicine']}