Published June 23, 2023 | Version v1
Publication Open

Impact of a passive upper-body exoskeleton on muscle activity, heart rate and discomfort during a carrying task

Creators

  • 1. Universidad San Francisco de Quito
  • 2. University of Michigan–Ann Arbor
  • 3. Michigan United

Description

The goal of this study was to compare erector spinae muscle fatigue, upper limb muscle activity, body areas discomfort, and heart rate during a 10-min carrying task with and without a passive upper-body exoskeleton (CarrySuitⓇ) while considering sex influences.Passive exoskeletons are commercially available to assist lifting or carrying task. However, evidence of their impact on muscle activity, fatigue, heart rate and discomfort are scarce and/or do not concur during carrying tasks.Thirty participants (16 females and 14 male) performed a 10-min, 15kg load-carrying task with and without the exoskeleton in two non-consecutive days. Heart rate, and erector spinae, deltoid, biceps and brachioradialis muscle activity were recorded during the carrying tasks. In addition, erector spinae electromyography during an isometric hold test and discomfort ratings were measured before and after the task.While without the exoskeleton upper limb muscle activity increased or remained constant during the carrying task and showing high peak activation for both males and females, a significant activity reduction was observed with the exoskeleton. Low back peak activation, heart rate and discomfort were lower with than without the exoskeleton. In males muscle activation was significantly asymmetric without the exoskeleton and more symmetric with the exoskeleton.The tested passive exoskeleton appears to alleviate the physical workload and impact of carrying heavy loads on the upper limbs and lower back for both males and females.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

كان الهدف من هذه الدراسة هو مقارنة إجهاد عضلات العمود الفقري المنتصب، ونشاط عضلات الأطراف العلوية، وعدم الراحة في مناطق الجسم، ومعدل ضربات القلب أثناء مهمة حمل مدتها 10 دقائق مع وبدون هيكل خارجي علوي سلبي للجسم (CarrySuit) مع الأخذ في الاعتبار التأثيرات الجنسية. تتوفر الهياكل الخارجية السلبية تجارياً للمساعدة في رفع أو حمل المهمة. ومع ذلك، فإن الأدلة على تأثيرها على نشاط العضلات والتعب ومعدل ضربات القلب وعدم الراحة نادرة و/أو لا تتفق أثناء القيام بالمهام. قام ثلاثون مشاركًا (16 أنثى و 14 ذكرًا) بمهمة حمل لمدة 10 دقائق و 15 كجم مع الهيكل الخارجي وبدونه في يومين غير متتاليين. تم تسجيل معدل ضربات القلب ونشاط عضلات العمود الفقري والدالية والعضلة ذات الرأسين والعضلة العضدية الكعبرية أثناء مهام الحمل. بالإضافة إلى ذلك، تم قياس تخطيط كهربية عضلات العمود الفقري الناصبة أثناء اختبار الإمساك متساوي القياس وتقييمات عدم الراحة قبل وبعد المهمة. أثناء عدم زيادة نشاط عضلات الطرف العلوي للهيكل الخارجي أو بقائه ثابتًا أثناء مهمة الحمل وإظهار تنشيط ذروة عالية لكل من الذكور والإناث، لوحظ انخفاض كبير في النشاط مع الهيكل الخارجي. كان تنشيط الذروة في أسفل الظهر ومعدل ضربات القلب وعدم الراحة أقل من دون الهيكل الخارجي. كان تنشيط العضلات لدى الذكور غير متماثل بشكل كبير بدون الهيكل الخارجي وأكثر تناسقًا مع الهيكل الخارجي. يبدو أن الهيكل الخارجي السلبي الذي تم اختباره يخفف من عبء العمل البدني وتأثير حمل الأحمال الثقيلة على الأطراف العلوية وأسفل الظهر لكل من الذكور والإناث.

Translated Description (French)

L'objectif de cette étude était de comparer la fatigue musculaire du spinae érecteur, l'activité musculaire des membres supérieurs, l'inconfort des zones corporelles et la fréquence cardiaque au cours d'une tâche de transport de 10 minutes avec et sans exosquelette passif du haut du corps (CarrySuit) tout en tenant compte des influences sexuelles. Des exosquelettes passifs sont disponibles dans le commerce pour aider à soulever ou à transporter des tâches. Cependant, les preuves de leur impact sur l'activité musculaire, la fatigue, le rythme cardiaque et l'inconfort sont rares et/ou ne concordent pas lors des tâches de transport. Trente participants (16 femmes et 14 hommes) ont effectué une tâche de transport de charge de 10 minutes et 15 kg avec et sans l'exosquelette en deux jours non consécutifs. La fréquence cardiaque et l'activité musculaire des spines érectrices, deltoïdes, biceps et brachioradialis ont été enregistrées pendant les tâches de portage. De plus, l'électromyographie du spinae de l'érecteur au cours d'un test de maintien isométrique et les indices d'inconfort ont été mesurés avant et après la tâche. Bien que l'activité musculaire des membres supérieurs de l'exosquelette ait augmenté ou soit restée constante pendant la tâche de portage et montrant une activation maximale élevée chez les hommes et les femmes, une réduction significative de l'activité a été observée avec l'exosquelette. L'activation du pic lombaire, la fréquence cardiaque et l'inconfort étaient plus faibles avec que sans l'exosquelette. Chez les mâles, l'activation musculaire était significativement asymétrique sans l'exosquelette et plus symétrique avec l'exosquelette. L'exosquelette passif testé semble soulager la charge de travail physique et l'impact de porter de lourdes charges sur les membres supérieurs et le bas du dos chez les mâles et les femelles.

Translated Description (Spanish)

El objetivo de este estudio fue comparar la fatiga del músculo erector de la columna vertebral, la actividad muscular de las extremidades superiores, las molestias en las áreas corporales y la frecuencia cardíaca durante una tarea de transporte de 10 minutos con y sin un exoesqueleto pasivo de la parte superior del cuerpo (CarrySuit) mientras se consideran las influencias sexuales. Los exoesqueletos pasivos están disponibles comercialmente para ayudar a levantar o transportar tareas. Sin embargo, la evidencia de su impacto en la actividad muscular, la fatiga, la frecuencia cardíaca y las molestias son escasas y/o no concurren durante las tareas de carga. Treinta participantes (16 mujeres y 14 hombres) realizaron una tarea de carga de 10 minutos y 15 kg con y sin el exoesqueleto en dos días no consecutivos. La frecuencia cardíaca y la actividad del músculo erector de la columna vertebral, deltoides, bíceps y braquiorradial se registraron durante las tareas de transporte. Además, la electromiografía de la columna erectora durante una prueba isométrica de retención y las calificaciones de incomodidad se midieron antes y después de la tarea. Mientras que sin el exoesqueleto la actividad muscular de la extremidad superior aumentó o se mantuvo constante durante la tarea de transporte y mostró una activación máxima alta tanto para hombres como para mujeres, se observó una reducción significativa de la actividad con el exoesqueleto. La activación del pico lumbar, la frecuencia cardíaca y las molestias fueron menores con que sin el exoesqueleto. En los hombres, la activación muscular fue significativamente asimétrica sin el exoesqueleto y más simétrica con el exoesqueleto. El exoesqueleto pasivo probado parece aliviar la carga de trabajo físico y el impacto de llevar cargas pesadas en las extremidades superiores y la parte inferior de la espalda tanto para hombres como para mujeres.

Files

journal.pone.0287588&type=printable.pdf

Files (2.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:4890a23a2c27f50742286d12e08a3eea
2.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير الهيكل الخارجي السلبي للجزء العلوي من الجسم على نشاط العضلات ومعدل ضربات القلب وعدم الراحة أثناء مهمة الحمل
Translated title (French)
Impact d'un exosquelette passif du haut du corps sur l'activité musculaire, la fréquence cardiaque et l'inconfort pendant une tâche de portage
Translated title (Spanish)
Impacto de un exoesqueleto pasivo de la parte superior del cuerpo en la actividad muscular, la frecuencia cardíaca y las molestias durante una tarea de transporte

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4381839171
DOI
10.1371/journal.pone.0287588

Is supplement to
https://openalex.org/W4323845206 (Other)
https://openalex.org/W4214858894 (Other)
https://openalex.org/W2743620920 (Other)
https://openalex.org/W2188409868 (Other)
https://openalex.org/W2186102273 (Other)
https://openalex.org/W2086429357 (Other)
https://openalex.org/W2029986046 (Other)
https://openalex.org/W1982953596 (Other)
https://openalex.org/W197757275 (Other)
https://openalex.org/W1568878853 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Ecuador

References

  • https://openalex.org/W1665745850
  • https://openalex.org/W1922119073
  • https://openalex.org/W1976205719
  • https://openalex.org/W2005309949
  • https://openalex.org/W2043119647
  • https://openalex.org/W2060389614
  • https://openalex.org/W2062526543
  • https://openalex.org/W2067318531
  • https://openalex.org/W2070676738
  • https://openalex.org/W2071529525
  • https://openalex.org/W2082041762
  • https://openalex.org/W2122866295
  • https://openalex.org/W2134585097
  • https://openalex.org/W2137070227
  • https://openalex.org/W2142354989
  • https://openalex.org/W2162951521
  • https://openalex.org/W2196056879
  • https://openalex.org/W2317685570
  • https://openalex.org/W2488164446
  • https://openalex.org/W2506721812
  • https://openalex.org/W2507521786
  • https://openalex.org/W2555163639
  • https://openalex.org/W2592123568
  • https://openalex.org/W2605530804
  • https://openalex.org/W2613628348
  • https://openalex.org/W2694491147
  • https://openalex.org/W2765377473
  • https://openalex.org/W2804631511
  • https://openalex.org/W2938169034
  • https://openalex.org/W2942778808
  • https://openalex.org/W2947857243
  • https://openalex.org/W2979371303
  • https://openalex.org/W2982046272
  • https://openalex.org/W3000724056
  • https://openalex.org/W3004633424
  • https://openalex.org/W3004766031
  • https://openalex.org/W3015377926
  • https://openalex.org/W3019313193
  • https://openalex.org/W3039900133
  • https://openalex.org/W3089391911
  • https://openalex.org/W3116409808
  • https://openalex.org/W3132785741
  • https://openalex.org/W3135759262
  • https://openalex.org/W3152547100
  • https://openalex.org/W3152561309
  • https://openalex.org/W3182175534
  • https://openalex.org/W3204912127
  • https://openalex.org/W3208581546
  • https://openalex.org/W4200480372
  • https://openalex.org/W4213255338
  • https://openalex.org/W4214492672
  • https://openalex.org/W4230783677
  • https://openalex.org/W4285719527