Smart Textile-Driven Soft Spine Exosuit for Lifting Tasks in Industrial Applications

要約

仕事に関連した筋骨格系障害（WMSD）は、繰り返しの持ち上げ作業によって引き起こされることが多く、労働衛生における重大な関心事となっている。ウェアラブル補助装置は腰痛のリスクを軽減するための標準的なものとなっているが、ほとんどの脊椎補助装置は依然として部分的に硬い構造を有しており、使用者の快適性と柔軟性に影響を及ぼしている。本論文では、この問題に対処するため、ユーザーの動きを妨げることなく背中にシームレスに適合し、驚くほど軽量なスマートテキスタイル作動脊椎補助ロボット外衣（SARE）を紹介する。SAREは人間の脊柱起立筋を補助し、実質的に無限の自由度であらゆる動作を行うことができる。背骨への負担を検出し、スマート・テキスタイルを自動的に制御するために、流体圧を感知要素として利用するソフトニッティング・センサが使用されている。この新デバイスは、ヒトを被験者として実験的に検証され、腰部脊柱起立筋のピーク筋電図（EMG）信号を、負荷がかかった状態で約32％、負荷がかかっていない状態で約22％減少させた。さらに、統合EMGは、負荷状態では約24.2％減少し、無負荷状態では約23.6％減少した。まとめると、この人工筋肉ウェアラブル・デバイスは、反復的な持ち上げ作業に伴う筋緊張、代謝エネルギー・コスト、腰痛のリスクを軽減する解剖学的解決策を示すものである。

要約(オリジナル)

Work related musculoskeletal disorders (WMSDs) are often caused by repetitive lifting, making them a significant concern in occupational health. Although wearable assist devices have become the norm for mitigating the risk of back pain, most spinal assist devices still possess a partially rigid structure that impacts the user comfort and flexibility. This paper addresses this issue by presenting a smart textile actuated spine assistance robotic exosuit (SARE), which can conform to the back seamlessly without impeding the user movement and is incredibly lightweight. The SARE can assist the human erector spinae to complete any action with virtually infinite degrees of freedom. To detect the strain on the spine and to control the smart textile automatically, a soft knitting sensor which utilizes fluid pressure as sensing element is used. The new device is validated experimentally with human subjects where it reduces peak electromyography (EMG) signals of lumbar erector spinae by around 32 percent in loaded and around 22 percent in unloaded conditions. Moreover, the integrated EMG decreased by around 24.2 percent under loaded condition and around 23.6 percent under unloaded condition. In summary, the artificial muscle wearable device represents an anatomical solution to reduce the risk of muscle strain, metabolic energy cost and back pain associated with repetitive lifting tasks.

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