Ocena skuteczności pasywnych egzoszkieletów do prac budowlanych: badanie laboratoryjne

Protokół eksperymentalny będzie wymagał około 3 godzin czasu uczestnika. Będzie się składał z sześciu etapów:

Etap I: Kwestionariusze Dyskomfortu Ciała i Ręki W pierwszej kolejności zespół badawczy przeprowadzi z uczestnikiem kwestionariusz wywiadu w celu uzyskania informacji na temat poziomu bólu/dyskomfortu ciała uczestników oraz określenia dominacji ręki uczestnika za pomocą Edynburskiego Inwentarza Ręki.

Etap II: Antropometryczne pomiary ciała i badanie wytrzymałości Kilka antropometrycznych wymiarów ciała zostanie zmierzonych w pozycji stojącej za pomocą standardowej taśmy mierniczej i antropometru. Pomiary ciała obejmują wzrost w pozycji stojącej, wysokość ramion, wysokość talii do podłogi, długość nóg, wysokość kolan, długość ramienia i ramienia, długość stopy i odległość między ramionami. Masa ciała uczestników badania będzie mierzona przy użyciu standardowej wagi. Maksymalna siła chwytu obu rąk zostanie zmierzona w 3 próbach przy użyciu standardowego ręcznego dynamometru.

Etap III: Dopasowanie BSE Uczestnikom zostaną przedstawione cztery rodzaje komercyjnych BSE (backX, Laevo 2, FLx ErgoSkeleton, V22 ErgoSkeleton). Postępując zgodnie z instrukcjami producentów, uczestnicy będą mogli przetestować każde urządzenie, dopasować je do swojego ciała dla wygody za pomocą regulowanych elementów (np. pasków).

Etap IV: Optyczny znacznik przechwytywania ruchu, czujniki bezwładnościowe do noszenia i rozmieszczenie czujnika elektromiografii powierzchniowej (sEMG) Komercyjny system przechwytywania ruchu (Qualisys AB, Kvarnbergsgatan, Göteborg, Szwecja) zostanie wykorzystany do monitorowania i analizy trajektorii ruchu segmentów ciała w trzech -wymiarowa przestrzeń. Kilka znaczników optycznych zostanie umieszczonych na anatomicznych punktach orientacyjnych uczestników badania, w tym na głowie, ramionach, ramionach, dłoniach, plecach, miednicy, nogach i stopach. Do mocowania znaczników optycznych do anatomicznych punktów orientacyjnych zostanie użyta hipoalergiczna taśma dwustronna. Nadające się do noszenia czujniki bezwładnościowe zostaną przymocowane za pomocą hipoalergicznej dwustronnej taśmy w dolnej części pleców w pobliżu talii (S1), górnej części pleców (T6), mostku, ramieniu (R, L), przedramieniu (R, L), udzie ( P, L) i trzonek (P, L). Osiem czujników sEMG zostanie umieszczonych na mięśniu trapezowym zstępującym (TRP), mięśniu naramiennym przednim (AD), mięśniu biodrowo-żebrowym lędźwiowym (ILL), mięśniu prostym brzucha (RZS), mięśniu skośnym zewnętrznym (EO), odcinku szyjnym prostownika kręgosłupa (CES), mięśniu najszerszym grzbietu (LD), i Vastus Lateralis (VL) do pomiaru poziomu aktywacji mięśni podczas wykonywania symulowanych zadań roboczych, które są opisane w Etapie VI.

Etap V: Pomiar maksymalnego dobrowolnego skurczu (MVC) w celu aktywacji mięśni Podczas wykonywania zadań roboczych poziom aktywacji mięśni różni się w zależności od mięśni i osób badanych. Powszechnym sposobem jest normalizacja aktywności mioelektrycznej każdego mięśnia u każdego uczestnika poprzez pomiar izometrycznego maksymalnego dobrowolnego skurczu (MVC). W tym badaniu badacze zmierzą 11 MVC przed rozpoczęciem rzeczywistych zadań. Nasze testy MVC będą oparte na badaniu mięśni tułowia. Przed pomiarem MVC uczestnicy zostaną poproszeni o rozgrzewkę w postaci 5 ćwiczeń rozciągających: (a) Stań prosto ze stopami rozstawionymi na szerokość barków. Połóż ręce na jego pośladkach, aby uzyskać wsparcie. Spójrz w górę i powoli odchyl się do tyłu. Trzymaj jego nogi mocne. (b) Stań prosto ze stopami rozstawionymi na szerokość barków. Połóż jedną rękę na jego pośladkach, aby uzyskać wsparcie. Spójrz w górę i powoli odchyl się do tyłu. Sięgnij przeciwną ręką. Obróć górną część ciała w talii. (c) Uklęknij na jednej nodze. Połóż jego ręce na biodrach. Popchnij biodra do przodu. Jeśli to konieczne, złap się czegoś, aby zachować równowagę. (d) Stań prosto ze stopami rozstawionymi na szerokość barków. Skrzyżuj ramiona i połóż dłonie na ramionach. Powoli obróć jego ramiona na jedną stronę. Aby zwiększyć intensywność tego odcinka, użyj jego rąk, aby pomóc obrócić się na boki. (e) Uklęknij na czworakach. Podeprzyj się jedną ręką, a drugą sięgnij do kostki. Utrzymuj jego plecy równolegle do podłoża. Plecy trzymaj prosto, równolegle do podłoża, a udo w pozycji pionowej. Rozłóż jego ciężar równomiernie na dłoniach i kolanach. Po rozgrzewce zostanie przeprowadzone badanie MVC, które obejmuje (1) zgięcie górnej części tułowia: badany znajdzie się w pozycji siedzącej na ławce ze zgiętymi nogami i stopami przywiązanymi pasem. Następnie spróbuje zgiąć górną część tułowia w płaszczyźnie strzałkowej, podczas gdy jej klatka piersiowa będzie ręcznie usztywniana przez eksperymentatora; (2) skręcenie górnego tułowia (P i L): w tej samej pozycji siedzącej z podparciem, badany będzie próbował skręcić górny tułów w płaszczyźnie poziomej, podczas gdy jego klatka piersiowa zostanie ręcznie usztywniona przez eksperymentatora; (3) zgięcie dolnego tułowia: badany będzie próbował zgiąć dolną część tułowia w płaszczyźnie strzałkowej, będąc w pozycji leżącej na plecach, ale z kolanami i biodrami zgiętymi pod kątem około 90 stopni. Jego klatka piersiowa zostanie przypięta pasem, a nogi zostaną ręcznie usztywnione przez eksperymentatora; (4) skręcenie dolnego tułowia (P i L): W tej samej pozycji leżącej i podpartej, badany będzie próbował skręcić dolny tułów w płaszczyźnie poziomej, podczas gdy jego nogi będą usztywnione ręcznie przez eksperymentatora; (5) zgięcie górnego tułowia (P i L): badany będzie próbował zgiąć górną część tułowia w płaszczyźnie czołowej, leżąc na boku, ze zgiętymi kolanami i przypiętymi pasem, a klatka piersiowa i ramiona będą usztywnione ręcznie przez eksperymentator; (6) zgięcie dolnego tułowia: osoba badana utrzyma prawą i lewą pozycję mostka, podczas gdy eksperymentator wywiera maksymalny opór na miednicę; (7) wyprost górnej części tułowia: osoba zostanie przywiązana w pozycji leżącej, z tułów poziomo wysunięty na koniec ławki (pozycja Bieringa-Sorensena). Następnie spróbuje wyprostować górną część tułowia w płaszczyźnie strzałkowej i cofnąć barki (ściskając razem łopatki), podczas gdy eksperymentator będzie przykładał opór ręczny do barków; (8) wyprost dolnego tułowia: badany spróbuje wyprostować dolną część tułowia i biodra, pokonując opór dłoni, w pozycji leżącej, z tułowiem na ławce i nogami poziomo opartymi o koniec ławki; (9) rotacja i przywodzenie barku (P i L): badany będzie próbował przywodzić i obracać do wewnątrz barku pokonując opór manualny, z odwiedzionym barkiem i zgiętym łokciem, oba do 90 stopni. Dodatkowo zostaną wykonane dwa maksymalne skurcze brzucha bez oporu w pozycji stojącej; (10) wydrążanie brzucha przy maksymalnym wysiłku: badany będzie próbował maksymalnie aktywować głębokie mięśnie brzucha podczas wciągania podbrzusza; (11) usztywnianie brzucha przy maksymalnym wysiłku: badany będzie próbował maksymalnie aktywować całą ścianę brzucha bez jakiejkolwiek zmiany pozycji mięśni. We wszystkich testach MVC uczestnicy będą proszeni o wywieranie maksymalnej siły w pozycji statycznej (instrukcji udzieli nasz badacz) co pięć sekund. Przez pierwsze dwie sekundy będą proszeni o przyspieszenie do maksimum i utrzymanie siły przez następne trzy sekundy. MVC będą testowane co najmniej dwa razy dla każdej grupy mięśniowej.

Etap VI: Zbieranie danych podczas symulowanych prac budowlanych Dane posturalne będą rejestrowane od uczestników podczas wykonywania sześciu symulowanych prac betoniarskich (tj. Jak stwierdził NIOSH, materiał, który będą podnosić, przenosić, odgarniać i trzymać, nie przekroczy limitu bezpieczeństwa 30 funtów. Uczestnicy będą wykonywać zadania z vs. bez noszenia różnych BSE. Próby zadaniowe będą nagrywane wideo w celu korespondencji wizualnej podczas analizowania danych przechwytywania ruchu i czujników bezwładnościowych. Uczestnicy będą mieli dwie minuty przerwy między zadaniami i trzydzieści sekund przerwy między próbami. Kolejność warunków zadań w ramach każdego zadania roboczego będzie losowa.

• Zadanie 1: Odgarnianie i przenoszenie materiałów budowlanych z miejsca A do B. Odległość między punktami A i B zostanie ustalona na 0,5 m, przy czym oba obiekty będą znajdować się na poziomie gruntu. Uczestnicy zostaną poproszeni o przerzucenie łopatą materiałów budowlanych o trzech różnych ciężarach (tj. ziemi, cementu i żwiru). Uczestnicy zostaną poproszeni o kopanie z dużą częstotliwością (15 łyżek na minutę).
• Zadanie 2: Obramowanie 30-calowej ściany za pomocą śrubokręta. Rama zostanie umieszczona na podłodze, a nie na podwyższeniu (wysokość 28 cali). Uczestnicy zostaną poproszeni o użycie śrubokręta elektrycznego do wkręcenia i wyjęcia śruby z ramy.
• Zadanie 3: Przenoszenie materiałów budowlanych o różnej masie (tj. drewnianych ram i rur) na odległość do 10 metrów w każdej próbie. Maksymalna waga przewożonych materiałów nie przekroczy 30 funtów.
• Zadanie 4: Podnoszenie materiałów budowlanych o różnej masie. Te same materiały zostaną użyte jako zadanie nośne.
• Zadanie 5: Uderzanie workiem treningowym znajdującym się w ziemi vs. 18 cali vs. 36 cali wysokości przy użyciu młota kowalskiego o różnej wadze (tj. 0, 6, 12, 16 i 20 funtów).
• Zadanie 6: Wiązanie prętów zbrojeniowych w obramowanej siatce znajdującej się na różnych poziomach wysokości (tj. 0", 50").

Zadania i poziomy intensywności zostały wybrane tak, aby były różnorodne, ale powtarzalne (pod względem pozycji ciała) i przypominały typowe zadania spotykane w konkretnych zadaniach roboczych.

Uczestnicy zostaną poproszeni o wypełnienie kwestionariuszy dotyczących ich doświadczenia, użyteczności i akceptacji każdego egzoszkieletu po wykonaniu każdego zadania roboczego.

Proces zbierania danych zakończy się usunięciem znaczników optycznych i czujników do noszenia. Uczestnikom zostanie zaoferowana przerwa na odpoczynek i poczęstunek w razie potrzeby, a następnie rekompensata i wypełnienie formularza płatności.