股関節外骨格の生体力学的トルク制御におけるアシスト遅延が関節力学とエネルギーに与える影響

本論文は、hip exoskeleton における biological torque control の assistance delay が、level-ground (LG)、ramp-ascent (RA)、ramp-descent (RD) の各歩行課題で joint mechanics と energetics に与える影響を調べた研究。8名の参加者が zero-torque baseline と 40–320 ms の5つの active assistance 条件を実施。assistance は net metabolic rate を 5.24%、positive biological hip joint work を 5.86%、total lower-limb positive joint work を 1.68% 減少させた。delay は joint-work 指標に影響したが net metabolic rate には影響しなかった。

biological torque control は推定した human joint moment を exoskeleton assistance に直接写像する task-agnostic な戦略を提供するが、固定された state-to-torque mapping が biomechanically distinct な課題間で有効かは不明だった。本研究は、assistance delay に着目し、LG・RA・RD という異なる歩行課題でその効果を比較した点が先行研究と異なる。

推定 human joint moment を exoskeleton torque に写像する biological torque control を用い、assistance delay を 40–320 ms の範囲で変化させた。8名の参加者が zero-torque baseline と5つの active assistance 条件を実施し、net metabolic rate、positive biological hip joint work、total lower-limb positive joint work を評価した。

8名の参加者を対象に、LG・RA・RD の各歩行課題で zero-torque baseline と 40–320 ms の5つの active assistance 条件を比較した。assistance により net metabolic rate が 5.24%、positive biological hip joint work が 5.86%、total lower-limb positive joint work が 1.68% 減少し、いずれも p < 0.05 だった。delay は joint-work 指標に有意な影響を与えたが (p < 0.001)、net metabolic rate には影響しなかった。

assistance delay の増加に伴い mechanical unloading は一般に減少したが、metabolic benefits は比較的安定していた。zero-torque 条件と比べ、net metabolic rate は LG で 9.75%、RA で 7.20% 減少したが、RD では 1.23% 増加した。delay response に課題依存的な差は検出されなかった。biological torque mapping は目標とする outcome と assisted joint の mechanical role に基づいて評価すべきであり、主に positive-power を支援する方式は negative-work-dominant locomotion に修正なしで一般化しない可能性がある。

要旨からは不明。関連手法として biological torque control、hip exoskeleton、level-ground (LG)、ramp-ascent (RA)、ramp-descent (RD) 歩行が挙げられる。