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Sviluppo di un controllore in tempo reale per stimare le prestazioni di deambulazione utilizzando un esoscheletro bilaterale della caviglia

3 novembre 2026 aggiornato da: University of Nebraska

Sviluppo del Controllo per Abilitare l'Assistenza Individualizzata negli esoscheletri robotici della caviglia

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.

Panoramica dello studio

Stato

Reclutamento

Condizioni

Intervento / Trattamento

Descrizione dettagliata

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.

Tipo di studio

Interventistico

Iscrizione (Stimato)

6

Fase

  • Non applicabile

Contatti e Sedi

Questa sezione fornisce i recapiti di coloro che conducono lo studio e informazioni su dove viene condotto lo studio.

Contatto studio

Luoghi di studio

    • Nebraska
      • Omaha, Nebraska, Stati Uniti, 68108
        • Reclutamento
        • Biomechanics Research Building, University of Nebraska at Omaha
        • Contatto:
        • Contatto:
        • Investigatore principale:
          • Farah Fallahtafti, PhD
        • Sub-investigatore:
          • Arash Gonabadi, PhD
        • Sub-investigatore:
          • Sara Myers, PhD

Criteri di partecipazione

I ricercatori cercano persone che corrispondano a una certa descrizione, chiamata criteri di ammissibilità. Alcuni esempi di questi criteri sono le condizioni generali di salute di una persona o trattamenti precedenti.

Criteri di ammissibilità

Età idonea allo studio

Da 19 anni a 35 anni (Adulto)

Accetta volontari sani

Sì

Sessi ammissibili allo studio

Tutto

Descrizione

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

Piano di studio

Questa sezione fornisce i dettagli del piano di studio, compreso il modo in cui lo studio è progettato e ciò che lo studio sta misurando.

Come è strutturato lo studio?

Dettagli di progettazione

  • Scopo principale: Fattibilità del dispositivo
  • Assegnazione: N / A
  • Modello interventistico: Assegnazione di gruppo singolo
  • Mascheramento: Nessuno (etichetta aperta)

Armi e interventi

Gruppo di partecipanti / Arm
Intervento / Trattamento
Sperimentale: 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.

Cosa sta misurando lo studio?

Misure di risultato primarie

Misura del risultato
Misura Descrizione
Lasso di tempo
Successful Real-Time Operation of the Robotic Ankle Exoskeleton Controller
Lasso di tempo: 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

Misure di risultato secondarie

Misura del risultato
Misura Descrizione
Lasso di tempo
Net Metabolic Rate During Exoskeleton-Assisted Walking Measured by Indirect Calorimetry
Lasso di tempo: 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
Lasso di tempo: 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
Lasso di tempo: 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
Lasso di tempo: 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
Lasso di tempo: 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

Collaboratori e investigatori

Qui è dove troverai le persone e le organizzazioni coinvolte in questo studio.

Sponsor

Collaboratori

Investigatori

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

Studiare le date dei record

Queste date tengono traccia dell'avanzamento della registrazione dello studio e dell'invio dei risultati di sintesi a ClinicalTrials.gov. I record degli studi e i risultati riportati vengono esaminati dalla National Library of Medicine (NLM) per assicurarsi che soddisfino specifici standard di controllo della qualità prima di essere pubblicati sul sito Web pubblico.

Studia le date principali

Inizio studio (Effettivo)

15 agosto 2026

Completamento primario (Stimato)

1 agosto 2028

Completamento dello studio (Stimato)

1 dicembre 2028

Date di iscrizione allo studio

Primo inviato

5 dicembre 2025

Primo inviato che soddisfa i criteri di controllo qualità

30 gennaio 2026

Primo Inserito (Effettivo)

6 febbraio 2026

Aggiornamenti dei record di studio

Ultimo aggiornamento pubblicato (Effettivo)

6 novembre 2026

Ultimo aggiornamento inviato che soddisfa i criteri QC

3 novembre 2026

Ultimo verificato

1 dicembre 2025

Maggiori informazioni

Termini relativi a questo studio

Altri numeri di identificazione dello studio

  • 0587-25-FB
  • 55136 (Altro numero di sovvenzione/finanziamento: Nebraska Research Initiative)

Piano per i dati dei singoli partecipanti (IPD)

Hai intenzione di condividere i dati dei singoli partecipanti (IPD)?

NO

Descrizione del piano 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.

Informazioni su farmaci e dispositivi, documenti di studio

Studia un prodotto farmaceutico regolamentato dalla FDA degli Stati Uniti

No

Studia un dispositivo regolamentato dalla FDA degli Stati Uniti

Sì

Queste informazioni sono state recuperate direttamente dal sito web clinicaltrials.gov senza alcuna modifica. In caso di richieste di modifica, rimozione o aggiornamento dei dettagli dello studio, contattare register@clinicaltrials.gov. Non appena verrà implementata una modifica su clinicaltrials.gov, questa verrà aggiornata automaticamente anche sul nostro sito web .