エクソスケルトンは、定位バランスを改善するために生理学的反応よりも速く反応する必要があります

人体の不安定な性質のために、日常の活動全体でバランスを維持することは困難です。たとえば、人の反応時間が遅れると、障害後のバランスを回復する能力が制限されます。ウェアラブルエクソスケルトンは、生理学的に可能なよりも速く反応することにより、妨害後にユーザーのバランスを強化する可能性があります。ただし、「人工的に高速な」バランス補正外骨格トルクは、ユーザーの生理学的応答を妨害し、その結果、全体的な反応性バランス応答を妨げる可能性があります。ここでは、エキソ骨格が生理学的反応よりも速く反応して、姿勢の摂動後の状態バランスを改善する必要があることを示しています。生理学的反応性関節モーメントの発症前に足首の外骨格トルクを供給すると、定位バランスが9％改善されましたが、トルクの開始を遅らせると生理学的反応性足首のモーメントと一致するようになりませんでした。さらに、人工的に高速な外骨格トルクは、初期の局所感覚フィードバックを生成する足首の力学を破壊しましたが、初期の反応性ソレウス筋肉の活動はベースラインに対して18％だけ減少しました。初期の反応性ソレウス筋肉活動のより多くの分散は、局所的な筋肉の活動が命じられているという概念を支持する局所的な足首またはソレウスの束機械的な遅延およびスケーリングされた全身メカニクス（特に質量の中心（COM）速度）を使用することで説明されました。バランスを維持するなど、タスクレベルの目標を達成します。一緒に、共生のヒト - エキゾスケレトンバランス制御を引き出すために、デバイストルクは、生理学的反応に先行するCOM運動学などのグローバルな感覚フィードバックの機械的推定値によって通知する必要がある場合があります。

Maintaining balance throughout daily activities is challenging because of the unstable nature of the human body. For instance, a person's delayed reaction times limit their ability to restore balance after disturbances. Wearable exoskeletons have the potential to enhance user balance after a disturbance by reacting faster than physiologically possible. However, "artificially fast" balance-correcting exoskeleton torque may interfere with the user's ensuing physiological responses, consequently hindering the overall reactive balance response. Here, we show that exoskeletons need to react faster than physiological responses to improve standing balance after postural perturbations. Delivering ankle exoskeleton torque before the onset of physiological reactive joint moments improved standing balance by 9%, whereas delaying torque onset to coincide with that of physiological reactive ankle moments did not. In addition, artificially fast exoskeleton torque disrupted the ankle mechanics that generate initial local sensory feedback, but the initial reactive soleus muscle activity was only reduced by 18% versus baseline. More variance of the initial reactive soleus muscle activity was accounted for using delayed and scaled whole-body mechanics [specifically center of mass (CoM) velocity] versus local ankle-or soleus fascicle-mechanics, supporting the notion that reactive muscle activity is commanded to achieve task-level goals, such as maintaining balance. Together, to elicit symbiotic human-exoskeleton balance control, device torque may need to be informed by mechanical estimates of global sensory feedback, such as CoM kinematics, that precede physiological responses.