Passive knee flexion increases forward impulse of the trailing leg during the step-to-step transition

要約

人間の歩行効率はアキレス腱の弾性反動に依存しており、これは立脚時にエネルギーを蓄え、蹴り出し時にエネルギーを放出する「カタパルト機構」によって促進されます。
膝屈曲の主要部分は先行脚の着地後に受動的に起こると報告されているため、カタパルト解放機構には膝の受動的屈曲が含まれる可能性があります。
この研究は、受動的足首を備えた二足歩行ロボット EcoWalker-2 を使用して、受動的膝屈曲開始と能動的膝屈曲開始の効果を調査した最初の研究です。
ロボット測定の精度を活用することで、歩行イベントのタイミングの重要性と、それがロボットの運動量や運動エネルギーの変化に及ぼす影響を解明することを目指しました。
EcoWalker-2 は両方の開始方法で正常に歩行し、つま先のクリアランスを維持しました。
受動的な膝屈曲の開始により、歩行周期の 3% で足首の底屈が開始され、後続脚の水平運動量が 87% 大きく増加し、ステップ中の重心運動量ベクトルが 188% 大きく増加しました。
ステップへの移行。
私たちの発見は、カタパルトの解放と歩行イベントのタイミングにおける膝屈曲の役割を強調し、人間のような歩行力学と、リハビリテーション、装具、およびプロテーゼの開発における潜在的な応用についての洞察を提供します。

要約(オリジナル)

Human walking efficiency relies on the elastic recoil of the Achilles tendon, facilitated by a ‘catapult mechanism’ that stores energy during stance and releases it during push-off. The catapult release mechanism could include the passive flexion of the knee, as the main part of knee flexion was reported to happen passively after leading leg touch-down. This study is the first to investigate the effects of passive versus active knee flexion initiation, using the bipedal EcoWalker-2 robot with passive ankles. By leveraging the precision of robotic measurements, we aimed to elucidate the importance of timing of gait events and its impact on momentum and kinetic energy changes of the robot. The EcoWalker-2 walked successfully with both initiation methods, maintaining toe clearance. Passive knee flexion initiation resulted in a 3% of the gait cycle later onset of ankle plantar flexion, leading to 87% larger increase in the trailing leg horizontal momentum, and 188% larger magnitude increase in the center of mass momentum vector during the step-to-step transition. Our findings highlight the role of knee flexion in the release of the catapult, and timing of gait events, providing insights into human-like walking mechanics and potential applications in rehabilitation, orthosis, and prosthesis development.

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