被动可穿戴外骨骼(pwExo)对模拟建筑任务中步态稳定性及跌倒风险的性别特异性影响

为解决建筑工人因外骨骼使用导致的步态失衡和跌倒风险问题，研究人员开展了一项关于被动可穿戴外骨骼(pwExo)的性别特异性研究。通过分析足底压力指标(PP、MP、PTI、FWHM)，发现pwExo在动态任务中显著改善女性足跟压力分布(降幅达17.7%)，但增加男性前足负荷(趾区PTI上升90.8%)。该研究为性别敏感型外骨骼设计提供了关键依据，成果发表于《International Journal of Industrial Ergonomics》。

　　

建筑行业是工伤高发领域，尽管仅占美国劳动力6%，却贡献了20%的职业死亡事故。工人长期面临重物搬运、高空作业等挑战，导致肌肉骨骼疾病(MSDs)高发，其中72%为扭伤拉伤，21%为慢性疼痛。传统安全培训收效甚微，而外骨骼(Exos)作为新兴辅助工具，虽能减轻肌肉负荷，却可能引发平衡问题。更严峻的是，现有外骨骼设计多基于男性体型，女性使用者常面临适配不良、动作受限等问题，这可能加剧"致命四害"中的跌倒风险。

为探究被动可穿戴外骨骼(pwExo)的性别特异性影响，研究人员开展了一项创新研究。通过模拟建筑任务（如搬运沙袋、静态放置），使用压力鞋垫系统采集四类关键指标：峰值压力(PP)、平均压力(MP)、压力-时间积分(PTI)和半高全宽(FWHM)。研究纳入健康受试者，采用交叉实验设计，对比佩戴pwExo与无设备状态下的生物力学差异。

Peak pressure (PP)分析
女性使用pwExo后足跟PP显著降低17.69%(p=0.021)，跖骨区下降14.2%(p=0.034)，显示设备优化了负荷分布。男性则出现前足PP上升15.5%，提示需要代偿性姿势调整。这种性别二态性在动态任务（如10磅沙袋搬运）中尤为突出。

Mean Pressure动态响应
静态任务中男性前足MP增加显著，而女性足跟MP在放置任务中骤降73.5%。高负荷搬运时，两性MP变化幅度差异达2.1倍，证实任务类型对设备效能的调节作用。

Pressure-Time Integral时空特征
女性足弓PTI降低52.8%，反映步态稳定性提升；男性趾区PTI激增90.8%，可能增加疲劳累积风险。FWHM数据进一步显示，女性压力分布更集中，而男性呈现压力扩散模式。

理论突破与安全启示
该研究首次揭示pwExo存在"性别-任务"双重调控效应：对女性更有利的动态负荷再分配，与男性面临的代偿代价形成鲜明对比。这挑战了外骨骼"中性设计"的传统认知，为修订行业标准提供实证依据。特别值得注意的是，pwExo在10磅搬运任务中展现最佳效能，而静态任务收益有限，指导企业应针对性部署设备。

局限与展望
当前样本局限于学生群体，未来需纳入职业建筑工人队列，并延长观测周期。建议结合肌电(EMG)和惯性测量单元(IMU)进行多模态分析，并探索体重指数(BMI)等个体因素的调节作用。

这项发表于《International Journal of Industrial Ergonomics》的研究，为外骨骼的性别差异化设计树立了新标杆。其价值不仅在于揭示pwExo能降低女性52.8%的足弓负荷，更开创了"任务-生理-设备"三方匹配的安全设计范式，对实现联合国可持续发展目标中的体面工作具有深远意义。