Impatto del posizionamento degli attuatori in un exosuit per arti inferiori: consumo metabolico e attività cardiaca

The present study focuses on analysing and evaluating the metabolic consumption associated with using the XoSoft device, a soft wearable exoskeleton designed to assist lower limb movement. The objectives of this experimentation are multiple and include, firstly, the development of an experimental protocol for evaluating metabolic consumption during the use of the device under different operating conditions. Secondly, this work aims to identify which setup of XoSoft leads to a maximisation of the reduction in metabolic consumption, also considering the need for customisation concerning the physical characteristics of the users. Finally, the third objective is the development of a new experimental protocol for the evaluation of the metabolic consumption associated with the use of soft exoskeletons. The current study falls within the category of assistive wearable technologies and concerns the physiological effects of prolonged use of exoskeletons. A set of parameters, including oxygen consumption, heart rate, and other indicators of metabolic load, was recorded on a sample of healthy subjects. Various configurations of the exoskeleton were tested and compared, based on the variation in the positioning of the actuators anchor points, to verify how each configuration modifies the energy consumption and user comfort. The results show that the exoskeleton has some areas for improvement regarding its impact on the user’s verall energy consumption. In particular, the different configurations tested have shown an increase in metabolic expenditure, suggesting that the current design of the device may require further optimisations to balance the support provided with the need to minimize the physiological burden. These results indicate the need to continue technological development and experimentation to optimise the device’s efficiency, making it more suitable for prolonged use and possibly more effective in rehabilitation and mobility assistance. The data collected during this experimentation provides valid information for guiding future research and development, aiming to optimise XoSoft to be functional but also ergonomic for users.

Il presente studio si concentra sull’analisi e sulla valutazione del consumo metabolico associato all’uso di XoSoft, un esoscheletro morbido progettato per assistere il movimento del corpo umano. Gli obiettivi di tale sperimentazione includono, in primo luogo, lo sviluppo di un protocollo sperimentale per la valutazione del consumo metabolico durante l’utilizzo del dispositivo in diverse condizioni operative. In secondo luogo, propone di identificare quale setup di XoSoft porti a una maggior riduzione del consumo metabolico, tenendo conto anche della necessità di personalizzazione riguardo ai tratti fisici degli utenti. Infine, il terzo obiettivo è lo sviluppo di un nuovo protocollo sperimentale per la valutazione del consumo metabolico associato all’impiego degli esoscheletri morbidi. Lo studio attuale rientra nella categoria delle tecnologie indossabili assistive e, in particolare, riguarda gli effetti fisiologici dell’uso prolungato degli esoscheletri. Un insieme di parametri, tra cui il consumo di ossigeno, la frequenza cardiaca e altri indicatori del carico metabolico, è stato registrato su un campione di soggetti sani. Sono state testate e confrontate varie configurazioni dell’esoscheletro, basate sulla variazione del posizionamento delle linee di azione, per verificare come ogni configurazione modifichi il consumo energetico dell’utente. I risultati ottenuti mostrano che l’esoscheletro presenta alcune aree di miglioramento riguardo l’impatto sul consumo energetico complessivo dell’utente. In particolare, le diverse configurazioni testate hanno evidenziato un aumento del dispendio metabolico, suggerendo che l’attuale design del dispositivo potrebbe richiedere ulteriori ottimizzazioni per bilanciare il supporto offerto con la necessità di minimizzare l’onere fisiologico. Questi risultati suggeriscono la necessità di continuare con lo sviluppo tecnologico e le sperimentazioni, con l’obiettivo di ottimizzare l’efficienza del dispositivo, rendendolo più idoneo a un utilizzo prolungato e più efficace nel contesto della riabilitazione e dell’assistenza alla mobilità. I dati raccolti forniscono valide informazioni per l’orientamento della ricerca e dello sviluppo futuri, con l’obiettivo di ottimizzare XoSoft in modo che risulti non solo funzionale, ma anche ergonomico e sostenibile dal punto di vista energetico per gli utenti.