Vývoj řídicího systému v reálném čase pro odhad výkonu chůze s použitím bilaterální exoskeletové ortézy kotníku
Vývoj řídicí jednotky pro umožnění individualizované podpory v robotických exoskeletech kotníku
This study is developing and testing a new controller for a robotic ankle exoskeleton (Biomotum) that can adjust itself in real time to better support people while they walk. The system learns how each person moves and automatically changes the amount and timing of assistance to make walking feel easier and more efficient. By using information from the person wearing the device, the exoskeleton can quickly find the level of support that works best for them. The long-term goal is to create personalized walking assistance that can help people with mobility limitations move more comfortably and with less effort.
Přehled studie
Postavení
Postavení
Podmínky
Podmínky
Intervence / Léčba
Intervence / Léčba
Detailní popis
This project aims to develop and test a real-time adaptive controller for a robotic ankle exoskeleton (Biomotum) that personalizes assistance to each user by minimizing metabolic cost and optimizing muscle activation patterns during walking. Using human-in-the-loop optimization and advanced musculoskeletal modeling, the controller will dynamically adjust torque magnitude and timing to achieve optimal performance more quickly than current methods.
Typ studie
Typ studie
Zápis (Odhadovaný)
Zápis
Fáze
Fáze
- Nelze použít
Kontakty a umístění
Studijní kontakt
Studijní kontakt
- Jméno: Farah Fallahtafi, PhD
- Telefonní číslo: 4025543075
- E-mail: ffallahtafti@unomaha.edu
Studijní místa
-
-
Nebraska
-
Omaha, Nebraska, Spojené státy, 68108
- Nábor
- Biomechanics Research Building, University of Nebraska at Omaha
-
Kontakt:
- Farah Fallahtafti, PhD
- Telefonní číslo: 4025543075
- E-mail: ffallahtafti@unomaha.edu
-
Kontakt:
- Sara Myers, PhD
- Telefonní číslo: 4025543246
- E-mail: samyers@unomaha.edu
-
Vrchní vyšetřovatel:
- Farah Fallahtafti, PhD
-
Dílčí vyšetřovatel:
- Arash Gonabadi, PhD
-
Dílčí vyšetřovatel:
- Sara Myers, PhD
-
-
Kritéria účasti
Kritéria způsobilosti
Kritéria způsobilosti
Věk způsobilý ke studiu
Přijímá zdravé dobrovolníky
Pohlaví způsobilá ke studiu
Popis
Inclusion Criteria:
- able to walk independently on a treadmill for 10 minutes,
- free of neurological, cardiovascular, pulmonary, or musculoskeletal conditions that limit walking and exercising,
- no current lower extremity pain or injury,
- able to wear an exoskeleton and safety harness, can provide informed consent
Exclusion Criteria:
- history of neurological disease that affected gait or balance,
- current or recent lower extremity musculoskeletal injury or surgery,
- chronic lower extremity pain during walking,
- inability to participate in moderate-intensity exercise,
- require an assistive device for walking,
- any metabolic or systemic diseases that may be exacerbated by exercise
Studijní plán
Jak je studie koncipována?
Detaily designu
- Primární účel: Proveditelnost zařízení
- Přidělení: N/A
- Intervenční model: Přiřazení jedné skupiny
- Maskování: Žádné (otevřený štítek)
Počet zbraní
Zbraně a zásahy
Skupina účastníků / ArmSkupina účastníků / Arm |
Intervence / LéčbaIntervence / Léčba |
|---|---|
|
Experimentální: Single-Arm Study of a Personalized Robotic Ankle Exoskeleton Controller
This arm employs a within-subject design with two methods of estimating metabolic cost versus the gold standard measure of metabolic cost, wherein a single participant is subjected to two distinct measurements. This design allows for a direct comparison of the effects of each method (i.e., estimation versus gold standard) within the same individual, minimizing intersubject variability and enhancing the statistical power of the analysis. |
This intervention uses a robotic ankle exoskeleton equipped with a real-time adaptive controller that adjusts plantarflexion torque based on each participant's walking mechanics. Unlike standard exoskeleton controllers that use fixed or pre-programmed assistance levels, this system employs human-in-the-loop optimization to continuously update torque magnitude and timing during treadmill walking. The controller integrates metabolic estimations, kinematic data, and musculoskeletal modeling to identify individualized assistance patterns that reduce walking effort and improve muscle activation efficiency. Participants complete multiple walking trials while the controller automatically modifies assistance to determine the optimal personalized settings. |
Co je měření studie?
Primární výstupní opatření
Primární výstupní opatření
Měření výsledku |
Popis opatření |
Časové okno |
|---|---|---|
|
Successful Real-Time Operation of the Robotic Ankle Exoskeleton Controller
Časové okno: through study completion, an average of 1 year
|
Device feasibility will be evaluated by the successful real-time operation of the robotic ankle exoskeleton and adaptive controller during treadmill walking. Feasibility is defined as the controller's ability to continuously generate, update, and apply assistive torque in real time based on incoming biomechanical and physiological data without system failure, interruption, or safety-related termination. Successful operation will be confirmed by continuous controller function and synchronized data acquisition across walking trials. |
through study completion, an average of 1 year
|
Sekundární výstupní opatření
Sekundární výstupní opatření
Měření výsledku |
Popis opatření |
Časové okno |
|---|---|---|
|
Net Metabolic Rate During Exoskeleton-Assisted Walking Measured by Indirect Calorimetry
Časové okno: through study completion, an average of 1 year
|
Net oxygen consumption (VO₂) and carbon dioxide production (VCO₂) will be measured during treadmill walking using indirect calorimetry (Cosmed K5, Cosmed USA Inc., Chicago, IL). Metabolic rate will be calculated using standard equations during steady-state walking conditions. Measurements will be collected at regular intervals to characterize metabolic demand under different exoskeleton assistance configurations. |
through study completion, an average of 1 year
|
|
Estimated Metabolic Rate Derived From Joint-Space Musculoskeletal Modeling
Časové okno: through study completion, an average of 1 year
|
Estimated metabolic rate will be derived from joint-space musculoskeletal models using kinematic and kinetic data collected during treadmill walking. Model-based estimates will be computed on a stride-by-stride basis to provide an indirect estimate of metabolic demand that can be compared with direct measurements from indirect calorimetry. |
through study completion, an average of 1 year
|
|
Estimated Lower-Limb Muscle Activation Derived From Joint-Space Musculoskeletal Modeling
Časové okno: through study completion, an average of 1 year
|
Lower-limb muscle activation patterns will be estimated using joint-space musculoskeletal models based on motion capture and ground reaction force data collected during treadmill walking. Estimated muscle activation values will be computed on a stride-by-stride basis to characterize neuromuscular engagement during exoskeleton-assisted gait. |
through study completion, an average of 1 year
|
|
Lower-Limb Muscle Activation Measured by Surface Electromyography During Walking
Časové okno: through study completion, an average of 1 year
|
Muscle activation of lower-limb muscles (e.g., tibialis anterior, gastrocnemius medialis, gastrocnemius lateralis, soleus) will be measured during treadmill walking using surface electromyography (Delsys). EMG signals will be collected continuously and processed to quantify muscle activation patterns during exoskeleton-assisted gait. |
through study completion, an average of 1 year
|
|
During treadmill walking trials conducted at a single study visit
Časové okno: through study completion, an average of 1 year
|
Controller parameter convergence will be assessed during human-in-the-loop optimization trials by evaluating changes in controller gain and timing parameters across successive walking bouts. Convergence is defined as stabilization of controller parameters within a predefined range during the optimization process. |
through study completion, an average of 1 year
|
Spolupracovníci a vyšetřovatelé
Sponzor
Sponzor
Spolupracovníci
Spolupracovníci
Vyšetřovatelé
Vyšetřovatelé
- Vrchní vyšetřovatel: Farah Fallahtafti, PhD, Department of Biomechanics, University of Nebraska at Omaha
Termíny studijních záznamů
Hlavní termíny studia
Začátek studia (Aktuální)
Začátek studia
Primární dokončení (Odhadovaný)
Primární dokončení
Dokončení studie (Odhadovaný)
Dokončení studie
Termíny zápisu do studia
První předloženo
První předloženo
První předloženo, které splnilo kritéria kontroly kvality
První předloženo, které splnilo kritéria kontroly kvality
První zveřejněno (Aktuální)
První zveřejněno
Aktualizace studijních záznamů
Poslední zveřejněná aktualizace (Aktuální)
Poslední zveřejněná aktualizace
Odeslaná poslední aktualizace, která splnila kritéria kontroly kvality
Odeslaná poslední aktualizace, která splnila kritéria kontroly kvality
Naposledy ověřeno
Naposledy ověřeno
Více informací
Termíny související s touto studií
Klíčová slova
Další identifikační čísla studie
Další identifikační čísla studie
- 0587-25-FB
- 55136 (Jiné číslo grantu/financování: Nebraska Research Initiative)
Plán pro data jednotlivých účastníků (IPD)
Plánujete sdílet data jednotlivých účastníků (IPD)?
Popis plánu IPD
IPD will not be shared because direct measurements are only taken for baseline measurements that the modeling software will be using. The scripts and code used will be shared through opensource, but that does not include subject data.
Informace o lécích a zařízeních, studijní dokumenty
Studuje lékový produkt regulovaný americkým FDA
Studuje produkt zařízení regulovaný americkým úřadem FDA
Tyto informace byly beze změn načteny přímo z webu clinicaltrials.gov. Máte-li jakékoli požadavky na změnu, odstranění nebo aktualizaci podrobností studie, kontaktujte prosím register@clinicaltrials.gov. Jakmile bude změna implementována na clinicaltrials.gov, bude automaticky aktualizována i na našem webu .