Um die experimentelle Validität zu gewährleisten, wird ein starrer Gipsstiefel verwendet, um das biologische Sprunggelenk eines Probanden vollständig zu immobilisieren. Dies verhindert, dass der Träger aktiv Kraft erzeugt oder Haltungsanpassungen vornimmt, die die Daten verfälschen würden. Durch die Neutralisierung des natürlichen Gelenks zwingt das Gerät den Prothesen-Simulator für Fuß und Sprunggelenk, die alleinige Kraftquelle und die einzige einstellbare Variable im Experiment zu werden.
Durch die Umwandlung des biomechanischen Zustands eines Nicht-Amputierten in eine simulierte Amputation isoliert der starre Gipsstiefel die Prothese. Dies stellt sicher, dass Metriken wie Gangsymmetrie und Stoffwechseleffizienz das Ergebnis des Steuerungsalgorithmus und nicht die biologische Kompensation des Probanden sind.
Wahre Variablentrennung erreichen
Die Notwendigkeit der Immobilisierung
Beim normalen Gehen ist das menschliche Sprunggelenk eine komplexe Maschine, die die Haltung anpasst und erhebliche Vortriebskraft erzeugt.
Um eine Prothese genau zu testen, muss dieser biologische Beitrag eliminiert werden. Der starre Gipsstiefel schafft eine physische Barriere, die das Gelenk vollständig immobilisiert und jeglichen aktiven Beitrag der Wadenmuskulatur des Benutzers verhindert.
Erstellung eines "simulierten Amputationszustands"
Ziel des Experiments ist es, die Biomechanik einer Amputation zu simulieren, ohne dass für frühe Tests eine Gruppe von Amputierten benötigt wird.
Der Stiefel transformiert effektiv den biomechanischen Zustand eines gesunden Teilnehmers. Er repliziert den Verlust der Sprunggelenkkontrolle und schafft eine kontrollierte Umgebung, in der der Benutzer vollständig auf die angeschlossene Hardware angewiesen ist.
Präzision bei der algorithmischen Prüfung
Festlegung der alleinigen Kraftquelle
Damit Forscher die Fähigkeiten einer Prothese verstehen können, müssen sie sicher sein, woher die Energie stammt.
Da der Stiefel das biologische Sprunggelenk am Abstoßen hindert, wird der Prothesen-Simulator für Fuß und Sprunggelenk zur alleinigen Kraftquelle. Diese Klarheit ist entscheidend für die Messung der tatsächlichen Ausgangsleistung des Geräts.
Messung von Effizienz und Symmetrie
Das ultimative Ziel ist oft die Bewertung, wie spezifische Steuerungsalgorithmen die Bewegung des Benutzers beeinflussen.
Wenn die menschliche Variable neutralisiert ist, können Forscher präzise testen, wie Softwareänderungen die Gangsymmetrie und die Stoffwechseleffizienz beeinflussen. Jede Verbesserung oder Verschlechterung der Gehökonomie kann direkt der Prothese zugeschrieben werden und nicht dem "Lernen" des Benutzers, das System zu umgehen.
Verständnis der experimentellen Einschränkungen
Die Grenzen der Simulation
Obwohl diese Methode eine hervorragende mechanische Isolation bietet, bleibt sie eine Simulation einer Behinderung und keine klinische Realität.
Der starre Stiefel entfernt effektiv die Bewegung des Sprunggelenks, aber der Proband verfügt immer noch über intakte sensorische Bahnen und Muskelmasse, die ein echter Amputierter möglicherweise nicht hat. Dieses Setup ist ein leistungsstarkes Werkzeug zum Testen von Hardware- und Softwarelogik, priorisiert jedoch strikt die mechanische Isolation gegenüber der langfristigen klinischen Anpassung.
Strategische Anwendung für die Forschung
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf dem Testen von Steuerungsalgorithmen liegt: Der starre Stiefel ist unerlässlich, um die Auswirkungen des Codes auf Kraft und Symmetrie ohne biologische Störungen zu isolieren.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Messung der Stoffwechselkosten liegt: Der Stiefel stellt sicher, dass die Daten zum Energieverbrauch die Effizienz der Prothese widerspiegeln und nicht die Fähigkeit des Probanden, sich zu kompensieren.
Durch die Entfernung des menschlichen Sprunggelenks aus der Gleichung verwandeln Sie eine variable Umgebung in ein präzises Labor für die biomechanische Ingenieurwissenschaft.
Zusammenfassungstabelle:
| Merkmal | Auswirkung auf das Experiment | Zweck |
|---|---|---|
| Gelenkimmobilisierung | Eliminiert biologische Kraftentwicklung | Verhindert Haltungskompensation |
| Variablentrennung | Macht die Prothese zur alleinigen Kraftquelle | Stellt sicher, dass Daten nur Hardware/Code widerspiegeln |
| Biomechanische Simulation | Replikatiert den Amputationszustand bei gesunden Benutzern | Ermöglicht schnelles, kontrolliertes Prothesentesten |
| Metrische Genauigkeit | Direkter Zusammenhang mit Steuerungsalgorithmen | Präzise Messung der Stoffwechseleffizienz |
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Referenzen
- 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
Dieser Artikel basiert auch auf technischen Informationen von 3515 Wissensdatenbank .
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