根据美国劳工统计局（Bureau of Labor Statistics）的数据，在制造业，在美国，因搬运重物而导致的与工作相关的下背部损伤每年约占1000亿美元的医疗费用。虽然新的工效学干预措施，如工业外骨骼在降低癌症风险方面显示出了希望肌肉骨骼新的研究发现，认知能力(穿戴者在进行日常工作任务时，有足够的精神资源来精确地操作外骨骼)可穿戴机器人工作场所的解决方案可能会给工人带来新的风险。
这些发现解决了国家职业安全与健康研究所（NIOSH）对职业机器人技术的一些关键关注。德克萨斯A&M大学和俄亥俄州立大学的研究人员已经确定，工作场所认知需求的增加（通常与新技术或自动化相关）可以抵消穿着下背部外骨骼的机械优势，一种可穿戴设备，旨在减少或重新分配与繁重体力劳动相关的生物力学脊柱负荷。
该研究团队包括兰加纳·梅塔，Wm迈克尔·巴恩斯工业与系统工程系副教授、神经人体工程学实验室主任;朱一波，工业与系统工程研究生，神经工效学实验室成员;Eric Weston，俄亥俄州立大学工业系统工程研究生副研究员;俄亥俄州立大学脊柱研究所综合系统工程、神经外科、骨科、物理医学和康复教授William Marras。
梅塔说:“这是第一次研究当使用者穿着背部外骨骼执行抬起任务时的大脑。”“我们能够记录佩戴外骨骼的神经认知‘成本’，并确定用户随着时间的推移采用的适应策略，以减轻外骨骼带来的认知风险。我们也能够证明，在这项高度运动导向的体力任务中，使用动态脑成像和连通性分析的实用性。”
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研究团队招募了健康的成年人，包括没有下背部损伤史的男性和女性，参与这项需要大量举重的研究，有或没有下背部外骨骼的帮助。
参与者参加了两个阶段，一个阶段专注于在戴着外骨骼的情况下执行举重任务，另一个阶段不戴外骨骼。每个参与者的胸部和腿部都安装了机械外骨骼，同时他们反复举起一个实心球30分钟。在差不多的休息时间后，他们被要求在外骨骼的帮助下完成同样的任务，但同时也被要求执行一项脑力任务:每次举起球时，从500到1000之间的数字减去13。
这些任务使研究人员能够使用先进的肌电图（EMG）辅助生物力学建模来测量脊柱负荷，并使用一种称为功能性近红外光谱仪的流动脑成像设备来监测任务期间的功能性脑激活。结合传统的生物力学/工效学和动态神经成像技术，他们可以评估人体外骨骼相互作用的神经工效学适合性。
结果表明，与不佩戴外骨骼相比，外骨骼并没有显著减少脊柱的压缩负荷，在减少脊柱的剪切负荷方面具有边际实际效益。然而，佩戴外骨骼的“成本”是通过神经人体工程学评估得出的。与没有外骨骼的情况相比，在举重过程中使用外骨骼招募了额外的大脑区域，这些区域通常与调节警惕性和警惕性有关。
研究还发现，当每个人都被要求解决一个数学问题，以配合电梯，模拟工人的外部认知需求时，他们首先失去了外骨骼提供的任何生物力学优势。
梅塔说：“研究表明，认知需求会加剧举重过程中的脊柱负荷。这些需求完全抵消了外骨骼的微小机械优势，这是一个显著的发现。”。“我们想阐明工业外骨骼的使用如何影响工人的运动和认知能力，因为工人必须学习新的运动策略，才能在佩戴外骨骼工作时有效地工作。神经工效学方法，即评估工作中的大脑行为关系，能够捕捉传统工效学和生物力学测量无法捕捉的外骨骼认知风险。”
数据得出结论，个体对任务认知反应的增加将阻碍甚至抵消佩戴外骨骼带来的好处。
梅塔说:“我们想要记录大脑如何处理人类外骨骼互动，以识别潜在的训练策略，可以用来最小化认知风险，并支持更快的运动适应策略。”“虽然外骨骼在减轻工作场所的物理负荷方面有很大的前景，但这些发现可以指导决策支持工具的开发，为人体工程学家确定何时/如何以及在什么任务期间外骨骼应该在工厂车间使用，以最大限度地提高工人的安全。”
这些发现发表在应用工效学。
来源:德克萨斯农工大学
