Reducción del costo metabólico de caminar con un exoesqueleto de tobillo: interacción entre el momento de actuación y la potencia

Los exoesqueletos motorizados de tobillo-pie pueden reducir el costo metabólico de la caminata humana por debajo de los niveles normales, pero las propiedades óptimas de asistencia siguen siendo poco claras. El propósito de este estudio fue probar los efectos de diferentes características de tiempo y potencia de asistencia en un experimento con un exoesqueleto de tobillo-pie con cable. Diez sujetos sanos, mujeres, caminaron en una cinta de correr con exoesqueletos de tobillo-pie bilaterales en 10 condiciones de asistencia diferentes. Músculos neumáticos artificiales asistieron la flexión plantar durante el despegue del tobillo utilizando uno de cuatro momentos de inicio de actuación (36, 42, 48 y 54% de la zancada) y tres niveles de potencia (potencia promedio positiva del exoesqueleto durante una zancada, sumada para ambas piernas, de 0.2, 0.4 y 0.5 W∙kg−1). Comparamos la tasa metabólica, la cinemática y la electromiografía (EMG) entre condiciones. La asistencia óptima se logró con un inicio del 42% de la zancada y una potencia promedio de 0.4 W∙kg−1, lo que resultó en una reducción del 21% en el costo metabólico en comparación con caminar con el exoesqueleto desactivado y una reducción del 12% en comparación con caminar normalmente sin el exoesqueleto. Con un tiempo o potencia subóptimos, el exoesqueleto todavía redujo el costo metabólico, pero en mucha menor medida. La relación entre el tiempo, la potencia y la tasa metabólica estuvo bien caracterizada por una función cuadrática bidimensional. Los mecanismos asistenciales que condujeron a estas mejoras incluyeron la reducción de la actividad muscular en los flexores plantares del tobillo y la asistencia en el inicio del movimiento de la pierna. Estos resultados enfatizan la importancia de optimizar las propiedades de actuación del exoesqueleto al asistir o aumentar la locomoción humana. Nuestro momento de inicio de asistencia óptimo y los niveles de potencia promedio podrían ser utilizados para otros exoesqueletos para mejorar la asistencia y los beneficios resultantes.