模拟肌肉水平的能量成本节省,当人类使用被动辅助设备运行时
Jon P Stingel1, Jennifer L Hicks2, Scott D Uhlrich2
1Mechanical Engineering Department, Stanford University, Stanford, CA 94305.
概括
人工肌 (外肌) 可以通过减少肌肉的努力来降低运行成本,主要是在立场阶段. 这项模拟研究确定了特定的腿部肌肉受益于外肌.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 人类运动科学科学 人类运动科学
- 可穿戴技术可穿戴技术
背景情况:
- 已知外或连接鞋带的弹可以降低跑步的能量成本.
- 外肌能减轻单个肌肉的能量负担的确切机制尚未完全理解.
研究的目的:
- 为了研究外子如何降低在肌肉水平上运行的能量成本.
- 为了确定在运行的立场或摇摆阶段是否发生节能.
- 识别特定的肌肉群,有助于节省能源,当使用一个外.
主要方法:
- 针对七个人,创建了肌肉驱动的模拟,这些人使用和不使用外.
- 计算了肌肉水平能量消耗,激活,纤维速度和力量的差异.
- 模拟与测量的全身能量消耗变化进行了验证.
主要成果:
- 模拟预测,使用外肌的能量消耗率平均减少1.4W/kg (12.0%).
- 在静止阶段 (1.5W/kg) 观察到的节能最多,在摆动阶段 (0.3W/kg) 节能更小.
- 节能节约分布在四头骨,部曲器,腿筋,部增器和部延伸器之间,但不是脚部曲器或背部曲器.
结论:
- 肌肉驱动的模拟准确地预测整个身体的能量变化,当使用辅助设备,如外.
- 外肌通过减少特定腿部肌肉的机械工作和热量产生来降低运行能源成本.
- 这种模拟框架可以通过预测人机交互来加速新型辅助设备的设计.
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