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Borromeo, SusanaAutor o CoautorRodriguez-Sanchez, CristinaAutor o CoautorDel-Ama, Antonio JAutor o Coautor

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Artículo

Benchmarking the Effects on Human-Exoskeleton Interaction of Trajectory, Admittance and EMG-Triggered Exoskeleton Movement Control

Publicado en:Sensors. 23 (2): 791- - 2023-01-01 23(2), DOI: 10.3390/s23020791

Autores: Rodrigues-Carvalho, Camila; Fernandez-Garcia, Marvin; Pinto-Fernandez, David; Sanz-Morere, Clara; Barroso, Filipe Oliveira; Borromeo, Susana; Rodriguez-Sanchez, Cristina; Moreno, Juan C; del-Ama, Antonio J

Afiliaciones

Carlos III Univ Madrid, Syst Engn & Automat Dept, Madrid 28903, Spain - Autor o Coautor
CSIC, Cajal Inst, Neural Rehabil Grp, Madrid 28002, Spain - Autor o Coautor
Hosp Los Madronos, Ctr Clin Neurosci, Madrid 28690, Spain - Autor o Coautor
Rey Juan Carlos Univ, Elect Technol Dept, Mostoles 28933, Spain - Autor o Coautor
Univ Politecn Madrid, CAR UPM Associated Unit, Madrid 28040, Spain - Autor o Coautor
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Resumen

Nowadays, robotic technology for gait training is becoming a common tool in rehabilitation hospitals. However, its effectiveness is still controversial. Traditional control strategies do not adequately integrate human intention and interaction and little is known regarding the impact of exoskeleton control strategies on muscle coordination, physical effort, and user acceptance. In this article, we benchmarked three types of exoskeleton control strategies in a sample of seven healthy volunteers: trajectory assistance (TC), compliant assistance (AC), and compliant assistance with EMG-Onset stepping control (OC), which allows the user to decide when to take a step during the walking cycle. This exploratory study was conducted within the EUROBENCH project facility. Experimental procedures and data analysis were conducted following EUROBENCH's protocols. Specifically, exoskeleton kinematics, muscle activation, heart and breathing rates, skin conductance, as well as user-perceived effort were analyzed. Our results show that the OC controller showed robust performance in detecting stepping intention even using a corrupt EMG acquisition channel. The AC and OC controllers resulted in similar kinematic alterations compared to the TC controller. Muscle synergies remained similar to the synergies found in the literature, although some changes in muscle contribution were found, as well as an overall increase in agonist-antagonist co-contraction. The OC condition led to the decreased mean duration of activation of synergies. These differences were not reflected in the overall physiological impact of walking or subjective perception. We conclude that, although the AC and OC walking conditions allowed the users to modulate their walking pattern, the application of these two controllers did not translate into significant changes in the overall physiological cost of walking nor the perceived experience of use. Nonetheless, results suggest that both AC and OC controllers are potentially interesting approaches that can be explored as gait rehabilitation tools. Furthermore, the INTENTION project is, to our knowledge, the first study to benchmark the effects on human-exoskeleton interaction of three different exoskeleton controllers, including a new EMG-based controller designed by us and never tested in previous studies, which has made it possible to provide valuable third-party feedback on the use of the EUROBENCH facility and testbed, enriching the apprenticeship of the project consortium and contributing to the scientific community.

Palabras clave

BenchmarkingBiomechanical phenomenaChemical activationConditionControl strategiesControllersElectromyographyEmg controlExoskeletonExoskeleton (robotics)Exoskeleton controlExoskeleton deviceGaitGait trainingHuman robot interactionHuman-robot interactionHumansHumans-robot interactionsHuman–robot interactionKinematicsMovement controlMuscleMuscle, skeletalMuscle-activityNeurorehabilitationOnsetReductionRehabilitation hospitalsRobotRobotic technologiesRobustWalkingWalking aids

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista Sensors debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia Scopus (SJR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2023, se encontraba en la posición , consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Instrumentation.

Desde una perspectiva relativa, y atendiendo al indicador del impacto normalizado calculado a partir de las Citas Mundiales proporcionadas por WoS (ESI, Clarivate), arroja un valor para la normalización de citas relativas a la tasa de citación esperada de: 1.09. Esto indica que, de manera comparada con trabajos en la misma disciplina y en el mismo año de publicación, lo ubica como trabajo citado por encima de la media. (fuente consultada: ESI 14 Nov 2024)

Esta información viene reforzada por otros indicadores del mismo tipo, que aunque dinámicos en el tiempo y dependientes del conjunto de citaciones medias mundiales en el momento de su cálculo, coinciden en posicionar en algún momento al trabajo, entre el 50% más citados dentro de su temática:

  • Media Ponderada del Impacto Normalizado de la agencia Scopus: 1.18 (fuente consultada: FECYT Feb 2024)
  • Field Citation Ratio (FCR) de la fuente Dimensions: 5.9 (fuente consultada: Dimensions Jun 2025)

De manera concreta y atendiendo a las diferentes agencias de indexación, el trabajo ha acumulado, hasta la fecha 2025-06-16, el siguiente número de citas:

  • WoS: 6
  • Scopus: 9
  • Europe PMC: 3
  • OpenCitations: 8

Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2025-06-16:

  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 42 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

    Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

    • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.

    Análisis de liderazgo de los autores institucionales

    Existe un liderazgo significativo ya que algunos de los autores pertenecientes a la institución aparecen como primer o último firmante, se puede apreciar en el detalle: Último Autor (Ama Espinosa, Antonio José del).