研究人员发现，工作场所不断增加的认知需求(通常与新技术或自动化有关)会抵消穿低背外骨骼的机械优势。|图片:盖蒂图片社
根据美国劳工统计局(Bureau of Labor Statistics)的数据，在制造业，因举起和处理重物而导致的与工作有关的下背部受伤，每年在美国的医疗费用中占了大约1000亿美元。
尽管工业外骨骼等新型人体工程学干预措施在降低肌肉骨骼损伤风险方面表现出了希望，但新的研究发现，这种可穿戴机器人解决方案在工作场所的认知适合性(佩戴者有足够的精神资源可以在执行日常工作任务时准确操作外骨骼)可能会给工人带来新的风险。这些发现解决了一些关键的问题国家职业安全与健康研究所(NIOSH)的职业机器人。
德克萨斯农工大学和俄亥俄州立大学的研究人员已经确定，工作场所不断增加的认知需求，通常与新技术或自动化有关，可以抵消佩戴低背外骨骼的机械优势，这是一种可穿戴设备，旨在减少或重新分配与繁重体力工作相关的生物力学脊柱负荷。这些研究结果发表在最新一期应用人体工程学．
研究团队包括Ranjana Mehta博士，Wm Michael Barnes ' 64工业与系统工程系副教授和神经人体工程学实验室主任;朱一波，工业与系统工程研究生，神经工效学实验室成员;俄亥俄州立大学工业系统工程研究生副研究员Eric Weston;俄亥俄州立大学脊柱研究所综合系统工程、神经外科、矫形外科、物理医学和康复学教授威廉·马拉斯博士。
尽管工业外骨骼等新型人体工程学干预措施在降低肌肉骨骼损伤风险方面表现出了希望，但新的研究发现，这种可穿戴机器人解决方案在工作场所的认知适合性(佩戴者有足够的精神资源可以在执行日常工作任务时准确操作外骨骼)可能会给工人带来新的风险。这些发现解决了一些关键的问题国家职业安全与健康研究所(NIOSH)的职业机器人。
德克萨斯农工大学和俄亥俄州立大学的研究人员已经确定，工作场所不断增加的认知需求，通常与新技术或自动化有关，可以抵消佩戴低背外骨骼的机械优势，这是一种可穿戴设备，旨在减少或重新分配与繁重体力工作相关的生物力学脊柱负荷。这些研究结果发表在最新一期应用人体工程学．
研究团队包括Ranjana Mehta博士，Wm Michael Barnes ' 64工业与系统工程系副教授和神经人体工程学实验室主任;朱一波，工业与系统工程研究生，神经工效学实验室成员;俄亥俄州立大学工业系统工程研究生副研究员Eric Weston;俄亥俄州立大学脊柱研究所综合系统工程、神经外科、矫形外科、物理医学和康复学教授威廉·马拉斯博士。
博士生Sarah Hopko在执行病人处理任务时穿着外骨骼。她的大脑活动正在使用近红外光谱技术进行跟踪，注视行为正在使用眼球跟踪技术进行跟踪，肌肉活动通过肌电图传感器进行跟踪。|图片:由Ranjana Mehta博士提供
梅赫塔说:“这是第一次研究用户穿着外骨骼执行举重任务时大脑的情况。”“我们能够记录佩戴外骨骼的神经认知‘成本’，并确定用户随着时间的推移所采取的适应策略，以减轻外骨骼带来的认知风险。我们还能够证明在这项高度运动导向的物理任务中使用动态大脑成像和连通性分析的实用性。”
研究团队招募了健康的成年人，包括男性和女性，没有下背部损伤史，参与这项需要大量举重的研究，有或没有下背部外骨骼的帮助。
参与者参加了两个会议，一个会议的重点是在佩戴外骨骼的情况下执行举重任务，另一个会议没有外骨骼。每个参与者的胸部和腿部都安装了机械外骨骼，同时他们反复举起一个药球30分钟。在相同时间的休息后，他们被要求在外骨骼的帮助下完成同样的任务，但同时也被要求完成一项脑力任务:每次他们举起球时，从500到1000之间的数字中减去13。
这些任务允许研究人员使用先进的EMG(肌电图)辅助生物力学建模来测量脊髓负荷，并使用一种称为功能性近红外光谱的动态大脑成像设备来监测任务期间的功能性大脑激活。整合传统的生物力学/人体工程学和动态神经成像技术，使他们能够评估人与外骨骼相互作用的神经人体工程学契合度。
结果表明，与不佩戴外骨骼相比，外骨骼没有显著降低脊柱压缩负荷，在减少脊柱剪切负荷方面有边际的实际效益。然而，佩戴外骨骼的“成本”是通过神经人体工程学评估得出的。与没有外骨骼的情况相比，在举重过程中使用外骨骼招募了额外的大脑区域，这些区域通常涉及调节警觉性和警觉性。
研究还发现，当每个人都被要求解决一个数学问题，以模拟对工人的外部认知需求时，他们首先就失去了外骨骼提供的生物力学好处。
“认知需求已被证明会加剧举重过程中的脊柱负荷。这些需求完全抵消了外骨骼的小机械优势，这是这项研究的一个显著发现，”梅塔说。“我们希望阐明工业外骨骼的使用如何影响工人的运动和认知能力，因为工人必须学习新的运动策略，以便在穿着外骨骼工作时高效工作。神经工效学方法，即评估工作中的大脑-行为关系，能够捕捉到传统工效学和生物力学措施无法捕捉到的外骨骼的认知风险。”
数据得出的结论是，个人对任务的认知反应的增加会阻碍，甚至抵消佩戴外骨骼带来的好处。
Mehta说:“我们想要记录大脑如何处理人类与外骨骼的相互作用，以确定潜在的训练策略，以最大限度地减少认知风险，并支持更快的运动适应策略。”“虽然外骨骼在减轻工作场所的物理负荷方面有很大的希望，但这些发现可以指导人类工程学家的决策支持工具的开发，以确定何时/如何以及在什么任务中使用外骨骼，以最大限度地提高工人的安全。”
研究团队招募了健康的成年人，包括男性和女性，没有下背部损伤史，参与这项需要大量举重的研究，有或没有下背部外骨骼的帮助。
参与者参加了两个会议，一个会议的重点是在佩戴外骨骼的情况下执行举重任务，另一个会议没有外骨骼。每个参与者的胸部和腿部都安装了机械外骨骼，同时他们反复举起一个药球30分钟。在相同时间的休息后，他们被要求在外骨骼的帮助下完成同样的任务，但同时也被要求完成一项脑力任务:每次他们举起球时，从500到1000之间的数字中减去13。
这些任务允许研究人员使用先进的EMG(肌电图)辅助生物力学建模来测量脊髓负荷，并使用一种称为功能性近红外光谱的动态大脑成像设备来监测任务期间的功能性大脑激活。整合传统的生物力学/人体工程学和动态神经成像技术，使他们能够评估人与外骨骼相互作用的神经人体工程学契合度。
结果表明，与不佩戴外骨骼相比，外骨骼没有显著降低脊柱压缩负荷，在减少脊柱剪切负荷方面有边际的实际效益。然而，佩戴外骨骼的“成本”是通过神经人体工程学评估得出的。与没有外骨骼的情况相比，在举重过程中使用外骨骼招募了额外的大脑区域，这些区域通常涉及调节警觉性和警觉性。
研究还发现，当每个人都被要求解决一个数学问题，以模拟对工人的外部认知需求时，他们首先就失去了外骨骼提供的生物力学好处。
“认知需求已被证明会加剧举重过程中的脊柱负荷。这些需求完全抵消了外骨骼的小机械优势，这是这项研究的一个显著发现，”梅塔说。“我们希望阐明工业外骨骼的使用如何影响工人的运动和认知能力，因为工人必须学习新的运动策略，以便在穿着外骨骼工作时高效工作。神经工效学方法，即评估工作中的大脑-行为关系，能够捕捉到传统工效学和生物力学措施无法捕捉到的外骨骼的认知风险。”
数据得出的结论是，个人对任务的认知反应的增加会阻碍，甚至抵消佩戴外骨骼带来的好处。
Mehta说:“我们想要记录大脑如何处理人类与外骨骼的相互作用，以确定潜在的训练策略，以最大限度地减少认知风险，并支持更快的运动适应策略。”“虽然外骨骼在减轻工作场所的物理负荷方面有很大的希望，但这些发现可以指导人类工程学家的决策支持工具的开发，以确定何时/如何以及在什么任务中使用外骨骼，以最大限度地提高工人的安全。”