透過最小二乘和力學建模估算假肢接受腔中的法向和剪下介面壓力

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-接受腔介面的長期真實壓力資料。傳統壓力感測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下力成分。儘管某些感測器能同時報告法向和剪下介面應力，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臺，用於評估稀疏壓力感測條件下的模型效能。該平臺使用兩種互補的驗證訊號：一是透過人工殘肢傳遞的全域性力/力矩（即在正交座標系中表達的總力和力矩）；二是由四個電容感測通道組成的稀疏感測簇測量的區域性介面載荷（即在每個儀器化位置的正交座標系中解耦的法向和剪下壓力分量）。研究重點不是提供全場的壓力估計，而是透過分析序列量化候選力學模型在受控條件下對全域性和區域性測量的解釋能力。

研究評估了一個準靜態彈簧-質量接觸模型，並透過兩階段凸最小二乘問題識別其引數。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，並改善與區域性測量的一致性。Pareto前沿敏感性分析進一步說明了包含偏置項時全域性與區域性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最佳化奠定了基礎。

該研究由Axel González Cornejo等人完成，論文提交至arXiv，並於2026年6月2日釋出。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。透過模型增強稀疏測量，有望減少對大量感測器的依賴，降低系統複雜度和成本，同時提供更全面的介面力學資訊。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。