通过最小二乘和力学建模估算假肢接受腔中的法向和剪切界面压力

假肢接受腔的适配过程目前仍主要依赖手工和反复试错，缺乏客观的适配指标。其中一个关键挑战在于缺乏残肢-接受腔界面的长期真实压力数据。传统压力传感器随时间推移容易发生漂移，并且只能测量接受腔内稀疏位置的法向压力，而忽略了生物力学分析中至关重要的剪切力成分。尽管某些传感器能同时报告法向和剪切界面应力，但由于测量串扰，这些成分往往难以解耦。一个潜在的前进方向是开发能够增强现有测量的模型。

本研究引入了一个测试平台，用于评估稀疏压力传感条件下的模型性能。该平台使用两种互补的验证信号：一是通过人工残肢传递的全局力/力矩（即在正交坐标系中表达的总力和力矩）；二是由四个电容传感通道组成的稀疏传感簇测量的局部界面载荷（即在每个仪器化位置的正交坐标系中解耦的法向和剪切压力分量）。研究重点不是提供全场的压力估计，而是通过分析序列量化候选力学模型在受控条件下对全局和局部测量的解释能力。

研究评估了一个准静态弹簧-质量接触模型，并通过两阶段凸最小二乘问题识别其参数。在静态载荷下的验证表明，估计恒定偏置项可以减少力/力矩通道的稳态偏移，并改善与局部测量的一致性。Pareto前沿敏感性分析进一步说明了包含偏置项时全局与局部目标之间的权衡变化。这一方法为将来在真实假肢中实现更精确的压力监测和适配优化奠定了基础。

该研究由Axel González Cornejo等人完成，论文提交至arXiv，并于2026年6月2日发布。该工作属于机器人学领域，可能对假肢设计和康复工程产生重要影响。通过模型增强稀疏测量，有望减少对大量传感器的依赖，降低系统复杂度和成本，同时提供更全面的界面力学信息。未来，该团队计划在动态条件下测试模型，并探索更复杂的本构关系以提高估计精度。