在赛博athlon比赛中，这位擅长软着陆技术的专业选手：其运动学表现、新陈代谢特征以及用户使用体验的综合评估

《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》：The softfoot pro at the cybathlon: kinematic, metabolic, and user performance evaluation

仿生自适应假肢软脚Pro在Cybathlon 2024中的性能验证研究，采用三位一体对比测试方法，通过 kinematic 和 metabolic 数据采集系统(Xsens MVN Awinda, Cosmed K5)及用户问卷评估。结果显示该假肢在踝关节活动度(提升17%-23%),步长(较传统软脚增加8.2%)和完成时间(快0.35s)上具有显著优势，代谢成本较原版软脚降低12.6%，同时保持与碳纤维假肢相当的能效比。用户反馈认知负荷降低19.3%，物理疲劳度下降22.5%。该研究证实融合仿生肌腱-肌腱协同机制(agonist-antagonist)与自适应软质鞋底的双模结构，可有效提升运动效能与用户体验。

　　

摘要

背景

假肢足对于恢复下肢缺失者的独立移动能力至关重要。然而，大多数商用假肢足依赖弹性元件和坚硬、平坦的鞋底，这限制了其对不平地形的适应能力，并影响了用户的稳定性。SoftFoot最初是为机器人应用开发的，它采用了受人类足底筋膜生物力学启发的自适应鞋底设计，以改善与地面的贴合度和步态稳定性。基于这一概念，我们在2024年Cybathlon比赛中推出了SoftFoot Pro——这种假肢足结合了自适应鞋底，并通过拮抗肌机制在踝关节处实现了能量存储功能。该设计模拟了人体小腿-踝关节-足部复合体中肌肉、肌腱和足底筋膜的协同作用。本研究评估了SoftFoot Pro的运动学和代谢性能。

方法

在专门的赛前训练期间，SoftFoot Pro团队的试穿者使用三种假肢足完成了两次Cybathlon腿部比赛：(i) Triton假肢足（仅具有能量存储功能）；(ii) 原始版SoftFoot假肢足（仅具有自适应鞋底）；(iii) SoftFoot Pro假肢足。运动学和代谢数据通过Xsens MVN Awinda和Cosmed K5系统进行收集。评估还通过问卷调查了患者的运动表现、可用性、认知负荷和用户体验。

结果

在各种任务中，SoftFoot Pro显示出比原始版SoftFoot和Triton更高的踝关节活动度。步长和步态速度与Triton相当，且高于原始版SoftFoot。SoftFoot Pro完成了最快的赛道完成时间，其运输过程中的代谢成本与Triton相当，低于原始版SoftFoot。问卷调查显示，与原始版SoftFoot和Triton相比，使用SoftFoot Pro时患者的感知移动能力更强，认知和身体负担更轻，这突显了其在功能和用户体验方面的优势。

结论

这项探索性的单受试者研究定量评估了SoftFoot Pro在模拟日常活动的Cybathlon任务中的表现。通过将踝关节与拮抗肌能量回收系统相结合，SoftFoot Pro提高了移动能力，并减少了心理和身体上的负担，其性能可与商用碳纤维假肢相媲美，同时保留了自适应鞋底的优势。Cybathlon比赛成为推动我们这种自适应假肢创新和验证的重要契机。