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¿Qué tecnología de exoesqueleto es más suave para tus músculos?por@exoself

¿Qué tecnología de exoesqueleto es más suave para tus músculos?

Demasiado Largo; Para Leer

Este estudio revela que AMTC reduce significativamente el consumo de oxígeno y el torque de interacción en comparación con otros controladores durante la caminata asistida por exoesqueleto, mejorando el rendimiento y reduciendo el esfuerzo del usuario.
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Autores:

(1) Mohammad Shushtari, Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica, Universidad de Waterloo ([email protected]);

(2) Julia Foellmer, Departamento de Mecánica e Ingeniería Oceánica, Universidad Tecnológica de Hamburgo ([email protected]);

(3) Sanjay Krishna Gouda, Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica, Universidad de Waterloo y el Instituto de Rehabilitación de Toronto (KITE), Red de Salud Universitaria ([email protected]).

Tabla de enlaces

Resumen y 1 Introducción

2 resultados

2.1 Datos iniciales procesados para un participante representativo

2.2 Análisis general del rendimiento

2.3 Análisis de retratos de interacción

2.4 Estrategia de adaptación individual

3 Discusión

3.1 Adaptación humana

3.2 Importancia del análisis de la propiedad intelectual

4 Conclusión

5 métodos

5.1 Estrategias de control de retroalimentación

5.2 Configuración experimental

5.3 Protocolo experimental

5.4 Análisis de datos

Declaraciones

Apéndice A Datos complementarios de ejemplo

Apéndice B Comparación con la marcha natural

Referencias

2.1 Datos iniciales procesados para un participante representativo


Fig. 2. Parte de los datos experimentales de un participante típico. Para facilitar la visualización e interpretación, se ilustran el par de interacción en la cadera derecha y la activación de uno de los músculos junto con el consumo relativo de oxígeno. (A) El par de interacción absoluto medio en la cadera derecha en cada zancada con cada controlador y velocidad para el participante n.° 1. (B) Activación muscular normal para el gastrocnemio medial en la pierna derecha. (C) Consumo relativo de oxígeno para cada respiración para cada controlador y velocidad. El consumo de oxígeno ha aumentado con el aumento de la velocidad de la cinta.


Fig. 3. Métricas de rendimiento promedio para cada velocidad de la cinta y controlador en los participantes. (A) La suma del consumo de oxígeno relativo en todas las zancadas para cada velocidad en cada bloque del controlador graficada para cada participante. Las barras muestran el promedio de la suma del consumo de oxígeno en todos los participantes. De manera similar, el valor absoluto total promedio de la interacción humano-exoesqueleto y el esfuerzo muscular normalizado total se grafican en (B) y (C), respectivamente.


2.2 Análisis general del rendimiento

La figura 3A muestra la suma del consumo de oxígeno de los participantes para cada uno de los bloques TBC, HTC y AMTC durante la marcha ultralenta, lenta y moderada. TBC y AMTC tienen la tasa metabólica más alta y más baja a todas las velocidades de marcha, respectivamente. La tasa metabólica resultante de AMTC es significativamente menor que la de otros controladores, en marcha ultralenta y lenta, donde AMTC resultó en una disminución del 22,9 % ± 17,1 (Friedman: p < 0,03, rango con signo de Wilcoxon: pT BC, AMT C < 0,01) y del 28,7 % ± 12,7 (Friedman: p < 0,005, rango con signo de Wilcoxon: pT BC, AMT C < 0,003) en el consumo total de oxígeno, respectivamente. El torque de interacción absoluto medio total se ilustra de manera similar para los participantes en la figura 3B. AMTC tiene el par de interacción más bajo en comparación con TBC y HTC, lo que indica el menor desacuerdo entre la asistencia del exoesqueleto y el movimiento deseado por el usuario. Con respecto a TBC, AMTC muestra una reducción del 17,1 ± 12,5 %, 12 ± 15 % y 9,2 ± 7,7 % en la interacción total humano-exoesqueleto en caminatas ultralentas, lentas y de velocidad moderada, respectivamente. La diferencia es estadísticamente significativa en la caminata ultralenta (Friedman: p < 0,04, rango con signo de Wilcoxon: pT BC, AMT C < 0,01). En comparación con HTC, AMTC muestra una reducción del 19,8 ± 21,1 %, 17,9 ± 10,1 % y 18,1 ± 9,9 % en la interacción total humano-exoesqueleto. Estas diferencias son estadísticamente significativas en el caso de la marcha lenta (Fridman: p < 0,03, rango con signo de Wilcoxon: pHT C, AMT C < 0,004) y de velocidad moderada (Fridman: p < 0,0008, rango con signo de Wilcoxon: pHT C, AMT C < 0,004). La figura 3C muestra el esfuerzo muscular total de la pierna derecha de los participantes durante la marcha ultralenta, lenta y de velocidad moderada en los tres controladores diferentes. La marcha natural sin el exoesqueleto tiene el menor esfuerzo muscular total en comparación con otros casos en los que está involucrado el exoesqueleto. Esto es esperable ya que llevar el exoesqueleto añade unos 17 kg de peso extra al cuerpo, lo que resulta en un mayor esfuerzo muscular. Entre los tres controladores, TBC tiene el mayor esfuerzo muscular total a todas las velocidades. El esfuerzo muscular total de AMTC y HTC son similares en todos los casos, mientras que AMTC es ligeramente inferior y superior en velocidades ultralentas y moderadas, respectivamente. Ninguna de las diferencias identificadas es estadísticamente significativa.


2.3 Análisis de retratos de interacción





Fig. 4 Comparación del retrato de interacción promedio para cada par de controladores. El retrato de interacción (PI) promedio representado de acuerdo con el esfuerzo muscular total promedio y la interacción humana-exoesqueleto total promedio para cada participante calculado en cada una de las caminatas a velocidad ultralenta, lenta y moderada para TBC→HTC, TBC→AMTC y HTC→AMTC ilustrados en (A), (B) y (C), respectivamente. Las áreas amarillas denotan el área entre los percentiles 25 y 75.


2.4 Estrategia de adaptación individual





Fig. 5 Comparación de la distribución del retrato de interacción entre TBC→HTC y TBC→MTBC. Distribución del retrato de interacción para los bloques HTC y AMTC con respecto al esfuerzo muscular total promedio y el torque de interacción total en todas las zancadas durante el bloque TBC graficado para cada participante trazado para caminar a velocidad moderada. El radio de los puntos de datos está normalizado con respecto al radio máximo calculado en todas las zancadas de los participantes. Los participantes están ordenados de manera creciente según su masa corporal. Los histogramas polares muestran la intensidad de concentración de los puntos representados. Cada contenedor del histograma cubre π/6 rad.




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