Ankle Exoskeletons May Hinder Standing Balance in Simple Models of Older and Younger Adults

要約

人間は、特に小規模から中程度の変動が存在する場合、立位バランスを維持するために足首のトルクに依存しています。
年齢とともに足首の最大トルク（MT）生成量と最大トルク発生率（MRTD）が低下し、安定性が低下します。
足首外骨格は、筋力と出力能力の低下を補うことで高齢者を支援できる電動矯正装置です。
また、バランスをとるために使用される足首の戦略を支援できる場合もあります。
しかし、そのような装置が高齢者の平衡感覚に及ぼす影響を調査した研究はありません。
今回我々は、MTやMRTDの低下といった加齢に伴う障害の軽減に焦点を当て、健康な若者と高齢者の物理学に基づいたモデルにおいて、足首の外骨格が安定性に及ぼす影響をモデル化した。
我々は、足首の外骨格が、足首の筋力が十分にあるユーザーの実現可能な安定性の限界を適度に軽減することを示します。
加齢に伴う身体障害のある人には、トレードオフがあります。
外骨格は低速条件では安定性を高めますが、一部の高速条件では安定性を低下させます。
私たちの結果は、十分に確立された制御戦略が高齢者においても実験的に検証される必要があることを示唆しています。

要約(オリジナル)

Humans rely on ankle torque to maintain standing balance, particularly in the presence of small to moderate perturbations. Reductions in maximum torque (MT) production and maximum rate of torque development (MRTD) occur at the ankle with age, diminishing stability. Ankle exoskeletons are powered orthotic devices that may assist older adults by compensating for reduced muscle force and power production capabilities. They may also be able to assist with ankle strategies used for balance. However, no studies have investigated the effect of such devices on balance in older adults. Here, we model the effect ankle exoskeletons have on stability in physics-based models of healthy young and old adults, focusing on the mitigation of age-related deficits such as reduced MT and MRTD. We show that an ankle exoskeleton moderately reduces feasible stability boundaries in users who have full ankle strength. For individuals with age-related deficits, there is a trade-off. While exoskeletons augment stability in low velocity conditions, they reduce stability in some high velocity conditions. Our results suggest that well-established control strategies must still be experimentally validated in older adults.

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