Plantar Flexion Muscle Force Estimation With a Soft Wearable Pneumatic Sensor System

可穿戴计算机 计算机科学 物理医学与康复 医学 嵌入式系统
作者
Taeyeon Kim,Kyoungchul Kong
出处
期刊:IEEE-ASME Transactions on Mechatronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:29 (4): 2920-2928 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tmech.2024.3398224
摘要

In numerous fields that analyze the human body from a biomechanical perspective, the force of muscles could only be indirectly estimated through multiple hierarchical levels, and the limitations in terms of accuracy were clear for each methodology. Accordingly, this study introduces a novel, noninvasive method for estimating muscle force, leveraging the phenomenon that transverse muscle stiffness increases under more longitudinal tension. By manufacturing the soft pneumatic sensor system for plantar flexor, the two-step model that can fully describe the interaction between the air cell and muscle is developed. Initially, equations incorporating geometric constraints and force equilibrium are derived to calculate the muscle's deformation depth from the measured pressure. The correlation between muscle fiber deformation and the transverse reaction force is then identified. Using the proposed model, pressure measurement from sensor system is converted to force estimate. Experimental validation demonstrates its high estimation accuracy, supporting the effectiveness of the proposed model-based approach. This methodology shows promise for diverse fields that require noninvasive and accurate plantar flexor muscle force estimation.
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