양측 발목 외골격을 이용한 보행 성능 추정을 위한 실시간 제어기 개발
2026년 6월 1일 업데이트: University of Nebraska
로봇 발목 외골격에서 개별화된 보조를 가능하게 하는 제어기 개발
이 연구는 사람들이 걸을 때 더 나은 지원을 제공하기 위해 실시간으로 자체 조정할 수 있는 로봇 발목 외골격(Biomotum)용 새로운 컨트롤러를 개발하고 테스트하고 있습니다.
시스템은 각 사람의 움직임 방식을 학습하고, 걷기를 더 쉽고 효율적으로 느끼도록 도와주기 위해 지원의 양과 타이밍을 자동으로 변경합니다.
장치를 착용한 사람의 정보를 사용함으로써, 외골격은 그들에게 가장 적합한 지원 수준을 빠르게 찾을 수 있습니다.
장기적인 목표는 이동 능력이 제한된 사람들이 더 편안하고 적은 노력으로 움직일 수 있도록 돕는 개인 맞춤형 걷기 지원을 만드는 것입니다.
연구 개요
상세 설명
이 프로젝트는 보행 중 대사 비용을 최소화하고 근육 활성화 패턴을 최적화하여 각 사용자에게 맞춤형 지원을 제공하는 로봇 발목 외골격(Biomotum)용 실시간 적응형 제어기를 개발 및 테스트하는 것을 목표로 합니다.
인간 중심 루프 최적화와 고급 근골격 모델링을 사용하여 이 제어기는 현재 방법보다 더 빠르게 최적 성능을 달성하기 위해 토크 크기와 타이밍을 동적으로 조정할 것입니다.
연구 유형
중재적
등록 (추정된)
6
단계
- 해당 없음
연락처 및 위치
이 섹션에서는 연구를 수행하는 사람들의 연락처 정보와 이 연구가 수행되는 장소에 대한 정보를 제공합니다.
연구 연락처
- 이름: Farah Fallahtafi, PhD
- 전화번호: 4025543075
- 이메일: ffallahtafti@unomaha.edu
연구 장소
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Nebraska
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Omaha, Nebraska, 미국, 68108
- Biomechanics Research Building, University of Nebraska at Omaha
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참여기준
연구원은 적격성 기준이라는 특정 설명에 맞는 사람을 찾습니다. 이러한 기준의 몇 가지 예는 개인의 일반적인 건강 상태 또는 이전 치료입니다.
자격 기준
공부할 수 있는 나이
- 성인
건강한 자원 봉사자를 받아들입니다
예
설명
포함 기준:
- 10분 동안 트레드밀에서 독립적으로 걸을 수 있는 사람,
- 걷기와 운동을 제한하는 신경계, 심혈관계, 폐 또는 근골격계 질환이 없는 사람,
- 현재 하지 통증이나 부상이 없는 사람,
- 엑소스켈레톤과 안전 하네스를 착용할 수 있고, 동의서를 작성할 수 있는 사람
제외 기준:
- 보행이나 균형에 영향을 미친 신경계 질환 병력이 있는 사람,
- 현재나 최근 하지 근골격계 부상이나 수술 경험이 있는 사람,
- 걷는 동안 만성 하지 통증이 있는 사람,
- 중간 강도 운동에 참여할 수 없는 사람,
- 보행을 위한 보조 장치가 필요한 사람,
- 운동으로 악화될 수 있는 대사성 또는 전신성 질환이 있는 사람
공부 계획
이 섹션에서는 연구 설계 방법과 연구가 측정하는 내용을 포함하여 연구 계획에 대한 세부 정보를 제공합니다.
연구는 어떻게 설계됩니까?
디자인 세부사항
- 주 목적: 장치 타당성
- 할당: 해당 없음
- 중재 모델: 단일 그룹 할당
- 마스킹: 없음(오픈 라벨)
무기와 개입
참가자 그룹 / 팔 |
개입 / 치료 |
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실험적: 개인 맞춤형 로봇 발목 외골격 제어기의 단일군 연구
이 그룹은 단일 참가자에게 두 가지 다른 측정을 적용하여, 대사 비용의 금표준 측정치와 비교하여 대사 비용을 추정하는 두 가지 방법을 사용한 피험자 내 설계를 채택합니다.
이 설계는 동일한 개인 내에서 각 방법(즉, 추정 대 금표준)의 효과를 직접 비교할 수 있게 하여, 피험자 간 변동성을 최소화하고 분석의 통계적 검정력을 향상시킵니다.
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이 중재는 각 참가자의 보행 역학을 기반으로 족저굴곡 토크를 조정하는 실시간 적응형 컨트롤러가 장착된 로봇 발목 외골격을 사용합니다.
고정 또는 사전 프로그래밍된 지원 수준을 사용하는 표준 외골격 컨트롤러와 달리, 이 시스템은 러닝머신 보행 중 토크 크기와 타이밍을 지속적으로 업데이트하기 위해 인간-루프 최적화를 활용합니다.
컨트롤러는 대사 추정, 운동학적 데이터 및 근골격 모델링을 통합하여 보행 노력을 줄이고 근육 활성 효율성을 개선하는 개인 맞춤형 지원 패턴을 식별합니다.
참가자는 컨트롤러가 최적의 맞춤형 설정을 결정하기 위해 지원을 자동으로 수정하는 동안 여러 번의 보행 시험을 완료합니다.
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연구는 무엇을 측정합니까?
주요 결과 측정
결과 측정 |
측정값 설명 |
기간 |
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로봇 발목 외골격 제어기의 성공적인 실시간 운영
기간: 연구 완료까지, 평균 1년
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로봇 발목 외골격 및 적응형 컨트롤러의 런닝머신 보행 중 실시간 작동 성공을 통해 장치의 실현 가능성이 평가될 것입니다.
실현 가능성은 생체 역학 및 생리학적 데이터를 기반으로 시스템 장애, 중단 또는 안전 관련 종료 없이 실시간으로 보조 토크를 지속적으로 생성, 업데이트 및 적용하는 컨트롤러의 능력으로 정의됩니다.
성공적인 작동은 보행 시험 전반에 걸친 지속적인 컨트롤러 기능 및 동기화된 데이터 획득을 통해 확인될 것입니다.
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연구 완료까지, 평균 1년
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2차 결과 측정
결과 측정 |
측정값 설명 |
기간 |
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간접열량측정법으로 측정한 외골격 보조 보행 중 순대사율
기간: 연구 완료까지, 평균 1년
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트레드밀 걷기 동안 간접 열량 측정법(Cosmed K5, Cosmed USA Inc., Chicago, IL)을 사용하여 순산소 소비량(VO₂)과 이산화탄소 생성량(VCO₂)을 측정합니다.
안정 상태 걷기 조건에서 표준 방정식을 사용하여 대사율을 계산합니다.
다양한 외골격 보조 구성에서 대사 요구량을 특성화하기 위해 정기적인 간격으로 측정값을 수집합니다.
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연구 완료까지, 평균 1년
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관절 공간 근골격 모델링으로 추정된 대사율
기간: 연구 완료 시까지, 평균 1년
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추정 대사율은 트레드밀 걷기 중 수집한 운동학적 및 역학적 데이터를 사용하여 관절 공간 근골격 모델에서 도출됩니다.
모델 기반 추정치는 보폭별로 계산되어 간접 열량 측정법의 직접 측정값과 비교할 수 있는 대사 요구량의 간접 추정치를 제공합니다.
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연구 완료 시까지, 평균 1년
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관절 공간 근골격 모델링을 통한 추정된 하지 근육 활성화
기간: 연구 완료 시까지, 평균 1년
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하지 근육 활성 패턴은 트레드밀 보행 중 수집된 동작 캡처 및 지면 반력 데이터를 기반으로 한 관절 공간 근골격 모델을 사용하여 추정됩니다.
추정된 근육 활성 값은 보행 보조 외골격 착용 시 신경근 참여 특성을 파악하기 위해 보폭별로 계산됩니다.
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연구 완료 시까지, 평균 1년
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보행 중 표면 근전도로 측정된 하지 근육 활성화
기간: 연구 완료까지, 평균 1년
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하부 지근육(예: 전경골근, 내측 비복근, 외측 비복근, 가자미근)의 근활성화는 표면 근전도(Delsys)를 이용하여 트레드밀 보행 중 측정됩니다.
근전도 신호는 지속적으로 수집되어 외골격 보조 보행 중 근활성화 패턴을 정량화하기 위해 처리됩니다.
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연구 완료까지, 평균 1년
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단일 연구 방문에서 실시한 트레드밀 걷기 시험 동안
기간: 연구 완료까지 평균 1년 동안
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제어기 매개변수 수렴은 연속적인 보행 시도에 걸친 제어기 이득 및 타이밍 매개변수의 변화를 평가함으로써 인간-참여 최적화 시험 중에 평가될 것입니다.
수렴은 최적화 과정 동안 사전 정의된 범위 내에서 제어기 매개변수가 안정화되는 것으로 정의됩니다.
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연구 완료까지 평균 1년 동안
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공동 작업자 및 조사자
여기에서 이 연구와 관련된 사람과 조직을 찾을 수 있습니다.
수사관
- 수석 연구원: Farah Fallahtafti, PhD, Department of Biomechanics, University of Nebraska at Omaha
연구 기록 날짜
이 날짜는 ClinicalTrials.gov에 대한 연구 기록 및 요약 결과 제출의 진행 상황을 추적합니다. 연구 기록 및 보고된 결과는 공개 웹사이트에 게시되기 전에 특정 품질 관리 기준을 충족하는지 확인하기 위해 국립 의학 도서관(NLM)에서 검토합니다.
연구 주요 날짜
연구 시작 (추정된)
2026년 6월 1일
기본 완료 (추정된)
2026년 8월 1일
연구 완료 (추정된)
2026년 12월 1일
연구 등록 날짜
최초 제출
2025년 12월 5일
QC 기준을 충족하는 최초 제출
2026년 1월 30일
처음 게시됨 (실제)
2026년 2월 6일
연구 기록 업데이트
마지막 업데이트 게시됨 (실제)
2026년 6월 2일
QC 기준을 충족하는 마지막 업데이트 제출
2026년 6월 1일
마지막으로 확인됨
2025년 12월 1일
추가 정보
이 연구와 관련된 용어
기타 연구 ID 번호
- 0587-25-FB
- 55136 (기타 보조금/기금 번호: Nebraska Research Initiative)
개별 참가자 데이터(IPD) 계획
개별 참가자 데이터(IPD)를 공유할 계획입니까?
아니요
IPD 계획 설명
모델링 소프트웨어가 사용할 베이스라인 측정값에만 직접 측정이 이루어지므로 IPD는 공유되지 않습니다.
사용된 스크립트와 코드는 오픈소스를 통해 공유되지만, 이는 피험자 데이터를 포함하지 않습니다.
사용된 스크립트와 코드는 오픈소스를 통해 공유되지만, 이는 피험자 데이터를 포함하지 않습니다.
약물 및 장치 정보, 연구 문서
미국 FDA 규제 의약품 연구
아니
미국 FDA 규제 기기 제품 연구
예
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