The sit-to-stand (STS) is a common activity of daily living (ADL) yet recognized as one of the most biomechanically demanding. Impaired STS motions can lead to greater injuries from falling, and knee extensor strength has been identified as the primary limiting factor. To overcome this deficiency, several exoskeletons exist that offer actuated knee joints, but their hard and bulky parts make them uncomfortable and unfeasible for daily usage. Thus, the objective of this research was to develop an unobtrusive knee assist wear that can aid in the STS by assisting knee extension using only soft and passive components. A biomechanical simulation and experiments on the reduction in joint loading, metabolic cost, and muscle activity were done to evaluate the effectiveness of the device in providing unobtrusive knee extension assistance to help the STS. Simulations demonstrated a reduction in joint loading, and metabolic cost significantly decreased when utilizing the designed device for STS. Muscle activity of the knee extensors decreased on average across subjects but failed to show statistical significance. The present work introduces a new soft knee assist wear that aids the STS and shows promising results for the future development of soft assistive devices in assisting other ADLs.
Sit-to-stand(STS)는 일상 생활(Activity of Daily Living, ADL)의 보편적인 활동이지만 가장 생체역학적으로 무리가 되는 활동 중 하나로 인정받고 있다. 손상된 STS 움직임은 낙상으로 인한 더 큰 상해를 초래할 수 있으며, 무릎 연장력이 가장 주된 제한 요인으로 확인되었다. 이 문제를 해결하기 위해 무릎 관절을 가동시키는 여러 외골격 로봇은 존재하지만, 단단하고 부피가 큰 구성 요소들은 일상적으로 사용하기 불편하고 현실성이 없다. 따라서 이 연구의 목적은 부드럽고 수동적인 구성 요소만 사용하여 무릎 연장을 지원함으로써 STS에 도움이 될 수 있는 방해받지 않는 무릎 보조웨어를 개발하는 것이었다. 관절 하중, 에너지 소비량 및 근육 활동의 감소에 대한 생체역학적 시뮬레이션과 실험은 STS를 돕기 위한 방해받지 않는 무릎 연장 지원을 제공하는 장치의 효과를 평가하기 위해 수행되었다. 시뮬레이션에서 관절 하중 감소가 나타났으며, STS용으로 설계된 시스템을 이용할 때 에너지 소비량이 통계적으로 유의하게 감소하였다. 무릎 연장기의 근육 활동이 피험자 전체에 걸쳐 평균 감소하는 것으로 나타났지만, 통계적 유의성을 보여주지 못했다. 본 연구에서는 STS를 보조하고 다른 ADL을 개선할 수 있는 미래 소프트 보조 기기 개발에 대한 유망한 결과를 보여주는 새로운 부드러운 무릎 보조웨어를 소개하고 있다.
