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Entwicklung eines Echtzeitreglers zur Schätzung der Gehleistung mithilfe eines bilateralen Knöchelexoskeletts

3. November 2026 aktualisiert von: University of Nebraska

Controller-Entwicklung zur Ermöglichung individualisierter Unterstützung in robotischen Sprunggelenk-Exoskeletten

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.

Studienübersicht

Status

Rekrutierung

Detaillierte Beschreibung

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.

Studientyp

Interventionell

Einschreibung (Geschätzt)

6

Phase

  • Unzutreffend

Kontakte und Standorte

Dieser Abschnitt enthält die Kontaktdaten derjenigen, die die Studie durchführen, und Informationen darüber, wo diese Studie durchgeführt wird.

Studienkontakt

Studienorte

    • Nebraska
      • Omaha, Nebraska, Vereinigte Staaten, 68108
        • Rekrutierung
        • Biomechanics Research Building, University of Nebraska at Omaha
        • Kontakt:
        • Kontakt:
        • Hauptermittler:
          • Farah Fallahtafti, PhD
        • Unterermittler:
          • Arash Gonabadi, PhD
        • Unterermittler:
          • Sara Myers, PhD

Teilnahmekriterien

Forscher suchen nach Personen, die einer bestimmten Beschreibung entsprechen, die als Auswahlkriterien bezeichnet werden. Einige Beispiele für diese Kriterien sind der allgemeine Gesundheitszustand einer Person oder frühere Behandlungen.

Zulassungskriterien

Studienberechtigtes Alter

19 Jahre bis 35 Jahre (Erwachsene)

Akzeptiert gesunde Freiwillige

Ja

Studienberechtigte Geschlechter

Alle

Beschreibung

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

Studienplan

Dieser Abschnitt enthält Einzelheiten zum Studienplan, einschließlich des Studiendesigns und der Messung der Studieninhalte.

Wie ist die Studie aufgebaut?

Designdetails

  • Hauptzweck: Machbarkeit des Geräts
  • Zuteilung: N / A
  • Interventionsmodell: Einzelgruppenzuweisung
  • Maskierung: Keine (Offenes Etikett)

Waffen und Interventionen

Teilnehmergruppe / Arm
Intervention / Behandlung
Experimental: 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.

Was misst die Studie?

Primäre Ergebnismessungen

Ergebnis Maßnahme
Maßnahmenbeschreibung
Zeitfenster
Successful Real-Time Operation of the Robotic Ankle Exoskeleton Controller
Zeitfenster: 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

Sekundäre Ergebnismessungen

Ergebnis Maßnahme
Maßnahmenbeschreibung
Zeitfenster
Net Metabolic Rate During Exoskeleton-Assisted Walking Measured by Indirect Calorimetry
Zeitfenster: 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
Zeitfenster: 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
Zeitfenster: 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
Zeitfenster: 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
Zeitfenster: 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

Mitarbeiter und Ermittler

Hier finden Sie Personen und Organisationen, die an dieser Studie beteiligt sind.

Ermittler

  • Hauptermittler: Farah Fallahtafti, PhD, Department of Biomechanics, University of Nebraska at Omaha

Studienaufzeichnungsdaten

Diese Daten verfolgen den Fortschritt der Übermittlung von Studienaufzeichnungen und zusammenfassenden Ergebnissen an ClinicalTrials.gov. Studienaufzeichnungen und gemeldete Ergebnisse werden von der National Library of Medicine (NLM) überprüft, um sicherzustellen, dass sie bestimmten Qualitätskontrollstandards entsprechen, bevor sie auf der öffentlichen Website veröffentlicht werden.

Haupttermine studieren

Studienbeginn (Tatsächlich)

15. August 2026

Primärer Abschluss (Geschätzt)

1. August 2028

Studienabschluss (Geschätzt)

1. Dezember 2028

Studienanmeldedaten

Zuerst eingereicht

5. Dezember 2025

Zuerst eingereicht, das die QC-Kriterien erfüllt hat

30. Januar 2026

Zuerst gepostet (Tatsächlich)

6. Februar 2026

Studienaufzeichnungsaktualisierungen

Letztes Update gepostet (Tatsächlich)

6. November 2026

Letztes eingereichtes Update, das die QC-Kriterien erfüllt

3. November 2026

Zuletzt verifiziert

1. Dezember 2025

Mehr Informationen

Begriffe im Zusammenhang mit dieser Studie

Andere Studien-ID-Nummern

  • 0587-25-FB
  • 55136 (Andere Zuschuss-/Finanzierungsnummer: Nebraska Research Initiative)

Plan für individuelle Teilnehmerdaten (IPD)

Planen Sie, individuelle Teilnehmerdaten (IPD) zu teilen?

NEIN

Beschreibung des IPD-Plans

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.

Arzneimittel- und Geräteinformationen, Studienunterlagen

Studiert ein von der US-amerikanischen FDA reguliertes Arzneimittelprodukt

Nein

Studiert ein von der US-amerikanischen FDA reguliertes Geräteprodukt

Ja

Diese Informationen wurden ohne Änderungen direkt von der Website clinicaltrials.gov abgerufen. Wenn Sie Ihre Studiendaten ändern, entfernen oder aktualisieren möchten, wenden Sie sich bitte an register@clinicaltrials.gov. Sobald eine Änderung auf clinicaltrials.gov implementiert wird, wird diese automatisch auch auf unserer Website aktualisiert .

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