通過最小二乘和力學建模估算假肢接受腔中的法向和剪切界面壓力

假肢接受腔的適配過程目前仍主要依賴手工和反覆試錯，缺乏客觀的適配指標。其中一個關鍵挑戰在於缺乏殘肢-接受腔界面的長期真實壓力數據。傳統壓力傳感器隨時間推移容易發生漂移，並且只能測量接受腔內稀疏位置的法向壓力，而忽略了生物力學分析中至關重要的剪切力成分。儘管某些傳感器能同時報告法向和剪切界面應力，但由於測量串擾，這些成分往往難以解耦。一個潛在的前進方向是開發能夠增強現有測量的模型。

本研究引入了一個測試平台，用於評估稀疏壓力傳感條件下的模型性能。該平台使用兩種互補的驗證信號：一是通過人工殘肢傳遞的全局力/力矩（即在正交座標系中表達的總力和力矩）；二是由四個電容傳感通道組成的稀疏傳感簇測量的局部界面載荷（即在每個儀器化位置的正交座標系中解耦的法向和剪切壓力分量）。研究重點不是提供全場的壓力估計，而是通過分析序列量化候選力學模型在受控條件下對全局和局部測量的解釋能力。

研究評估了一個準靜態彈簧-質量接觸模型，並通過兩階段凸最小二乘問題識別其參數。在靜態載荷下的驗證表明，估計恆定偏置項可以減少力/力矩通道的穩態偏移，並改善與局部測量的一致性。Pareto前沿敏感性分析進一步説明了包含偏置項時全局與局部目標之間的權衡變化。這一方法為將來在真實假肢中實現更精確的壓力監測和適配優化奠定了基礎。

該研究由Axel González Cornejo等人完成，論文提交至arXiv，並於2026年6月2日發佈。該工作屬於機器人學領域，可能對假肢設計和康復工程產生重要影響。通過模型增強稀疏測量，有望減少對大量傳感器的依賴，降低系統複雜度和成本，同時提供更全面的界面力學信息。未來，該團隊計劃在動態條件下測試模型，並探索更復雜的本構關係以提高估計精度。