背部与腿部支撑外骨骼对新手使用者重复性搬运任务中注意力影响的实证研究

本研究揭示了被动式工业外骨骼（exoskeleton）对新手使用者注意力资源的潜在负面影响。通过双任务范式（dual-task paradigm）结合视觉目标检测与重复性搬运任务，发现外骨骼使用显著降低注意力任务表现（AVF准确率下降4.3%）并延长搬运周期时间（p<0.001），提示认知-运动干扰效应。值得注意的是，主观心理负荷量表（NASA-TLX）与客观行为数据出现分离现象，为外骨骼人机交互（HCI）研究提供了新视角。

　　

研究亮点

本研究首次系统评估被动式背部与腿部外骨骼对新手使用者注意力的动态影响。通过高生态效度的双任务实验设计，揭示外骨骼使用导致视觉目标检测准确率显著下降（p=0.002），且搬运任务周期时间延长11.2%（p<0.001）。特别值得注意的是，这种认知-运动性能的下降与主观心理负荷评分无相关性（r=0.12, p=0.56），暗示传统NASA-TLX量表可能无法有效捕捉外骨骼引入的隐性认知需求。

实验设计

采用2（搬运类型）×2（外骨骼使用）×2（性别）混合因子设计。25名无外骨骼经验受试者在佩戴/不佩戴外骨骼条件下，同步完成模拟物料搬运（20分钟/区块）和视觉oddball任务（AVF范式）。运动学数据通过Vicon系统采集，认知任务表现以目标检测准确率和反应时为指标。

外骨骼对注意力和搬运任务表现的影响

数据显示外骨骼使用产生显著主效应（F_(1,23)=9.47, p=0.005）：

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  注意力任务：AVF准确率从94.6%降至90.3%（η²_p=0.29）

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  搬运效率：单次循环时间增加0.82秒（95%CI[0.31,1.33]）

  性别差异分析显示女性受试者在蹲举（squat lift）中受外骨骼影响更显著（交互作用p=0.038）。

讨论

与既往聚焦外骨骼生物力学效益的研究不同，本研究揭示"认知代价"现象：新手使用者需要额外注意力资源适应机械辅助带来的本体感觉变化和运动约束。这种隐性负荷可能导致工作场所安全隐患，特别是在需要高度警觉性的工业场景中。

研究局限

20分钟任务时长可能不足以诱发显著肌肉疲劳（muscle fatigue），未来研究可延长暴露时间或增加负荷重量。此外，未测量神经活动指标（如EEG）限制了机制层面的解释深度。

结论

被动外骨骼在减轻体力负荷的同时，可能对新手使用者的注意力资源产生"隐形税"效应。这为工业场景中外骨骼的培训方案设计提供了重要依据，建议采用渐进式适应训练以降低认知-运动干扰风险。

（注：翻译部分严格遵循了专业术语标注、保留原文符号系统、去除文献标识等要求，并采用生动表述如"隐形税""认知代价"等增强可读性）