실험의 타당성을 보장하기 위해 단단한 캐스트 부츠를 사용하여 피험자의 생물학적 발목 관절을 완전히 고정합니다. 이렇게 하면 착용자가 능동적으로 힘을 생성하거나 자세 조정을 하여 데이터를 왜곡하는 것을 방지할 수 있습니다. 자연스러운 관절을 무력화함으로써 이 장치는 발목-발 보철 시뮬레이터를 유일한 동력원 및 실험의 유일한 조정 가능한 변수로 강제합니다.
비절단자의 생체 역학 상태를 시뮬레이션된 절단 상태로 변환함으로써 단단한 캐스트 부츠는 보철물을 분리합니다. 이를 통해 보행 대칭 및 대사 효율과 같은 지표가 피험자의 생물학적 보상이 아닌 제어 알고리즘의 결과임을 보장합니다.
진정한 변수 분리 달성
고정의 필요성
표준 보행에서 인간의 발목은 자세를 조정하고 상당한 추진력을 생성하는 복잡한 엔진입니다.
보철물을 정확하게 테스트하려면 이러한 생물학적 기여를 제거해야 합니다. 단단한 캐스트 부츠는 관절을 완전히 고정하는 물리적 장벽을 만들어 사용자의 종아리 근육이 능동적으로 기여하는 것을 방지합니다.
"시뮬레이션된 절단" 상태 만들기
실험의 목표는 초기 단계 테스트를 위해 절단된 피험자 풀을 필요로 하지 않고 절단의 생체 역학을 모방하는 것입니다.
이 부츠는 건강한 참가자의 생체 역학 상태를 효과적으로 변환합니다. 발목 제어 상실을 복제하여 사용자가 부착된 하드웨어에 전적으로 의존해야 하는 통제된 환경을 만듭니다.
알고리즘 테스트의 정밀성
유일한 동력원 확립
연구자들이 보철 장치의 기능을 이해하려면 에너지의 출처를 확신해야 합니다.
부츠가 생물학적 발목의 추진을 방지하므로 발목-발 보철 시뮬레이터가 유일한 동력원이 됩니다. 이 명확성은 장치의 실제 출력 능력을 측정하는 데 중요합니다.
효율성 및 대칭 측정
궁극적인 목표는 종종 특정 제어 알고리즘이 사용자의 움직임에 어떻게 영향을 미치는지 평가하는 것입니다.
인간 변수가 무력화되면 연구자들은 소프트웨어 변경이 보행 대칭 및 대사 효율에 어떻게 영향을 미치는지 정확하게 테스트할 수 있습니다. 보행 경제성의 개선 또는 결손은 사용자가 시스템을 "속이는" 방법을 "학습"했기 때문이 아니라 보철물에 직접 기인할 수 있습니다.
실험 제약 조건 이해
시뮬레이션의 한계
이 방법은 우수한 기계적 분리를 제공하지만, 임상 현실이라기보다는 장애의 시뮬레이션입니다.
단단한 부츠는 발목의 움직임을 효과적으로 제거하지만, 피험자는 진정한 절단 장애인에게 없을 수 있는 온전한 감각 경로와 근육량을 여전히 가지고 있습니다. 이 설정은 하드웨어 및 소프트웨어 로직을 테스트하는 강력한 도구이지만, 장기적인 임상 적응보다 기계적 분리를 엄격하게 우선시합니다.
연구를 위한 전략적 적용
- 주요 초점이 제어 알고리즘 테스트인 경우: 단단한 부츠는 생물학적 간섭 없이 전력 및 대칭에 대한 코드의 영향을 분리하는 데 필수적입니다.
- 주요 초점이 대사 비용 측정인 경우: 이 부츠는 에너지 소비 데이터가 피험자의 보상 능력이 아닌 보철물의 효율성을 반영하도록 보장합니다.
인간의 발목을 방정식에서 제거함으로써 변수가 풍부한 환경을 생체 역학 공학을 위한 정밀한 실험실로 변환합니다.
요약표:
| 기능 | 실험에 미치는 영향 | 목적 |
|---|---|---|
| 관절 고정 | 생물학적 힘 생성을 제거합니다 | 자세 보상을 방지합니다 |
| 변수 분리 | 보철물을 유일한 동력원으로 만듭니다 | 데이터가 하드웨어/코드만 반영하도록 보장합니다 |
| 생체 역학 시뮬레이션 | 건강한 사용자에게 절단 상태를 복제합니다 | 신속하고 통제된 보철 테스트를 가능하게 합니다 |
| 지표 정확도 | 제어 알고리즘과의 직접적인 상관 관계 | 대사 효율의 정확한 측정 |
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참고문헌
- Michael S. Jacobson, Myunghee Kim. Foot contact forces can be used to personalize a wearable robot during human walking. DOI: 10.1038/s41598-022-14776-9
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