《Applied Sciences》：How Familiarization Impacts Construction Workers’ Acceptance of an Active Exoskeleton: Insights from a Case Study
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为促进外骨骼在工业中的采用，外骨骼必须能够有效提供身体辅助；然而，使用熟悉度与舒适性等其他因素也会影响设备接受度和工人认可。现场测试中，常用评估工具（如肌电图（electromyography, EMG）、运动捕捉（motion capture, MoCap）
为促进外骨骼在工业中的采用，外骨骼必须能够有效提供身体辅助；然而，使用熟悉度与舒适性等其他因素也会影响设备接受度和工人认可。现场测试中，常用评估工具（如肌电图（electromyography, EMG）、运动捕捉（motion capture, MoCap）系统等）和可用受试者池通常受限。因此，评估定性结果（如问卷结果）的可靠性至关重要。本文研究将背部支撑外骨骼（back-support exoskeleton, BSE）引入5名建筑工人的实际操作场景后的影响。评估了关键因素，包括感知身体用力、任务工作负荷和整体外骨骼接受度。在向工人讲授所提出的熟悉化方法前后对结果进行比较。该分析旨在通过评估用户反馈的一致性来探究潜在的新奇性偏差影响，结果显示熟悉化后工人间一致性提高。使用变异系数（Coefficient of Variation, CoV）指数评估响应的相对离散度。证据表明首次测试日（熟悉化前）获得的结果存在潜在偏差和高估。熟悉化后，结果表明所选问卷的可靠性逐步提高。躯干感知身体用力（熟悉化前后）进一步降低0.5/5，而设备接受度从5.7/7提高至6.3/7。所提方法可通过提供评估定性数据可靠性的工具来支持工业外骨骼的采用。
近年来，可穿戴机器人研究快速增长，职业外骨骼（Occupational Exoskeletons, OEs）被用于降低工人执行工作任务时的体力负荷。长期暴露于繁重工作负荷与肌肉骨骼疾患（musculoskeletal disorders, MSD）风险增加相关；MSD主要影响背部和上肢，并且是欧洲、美国、加拿大等地因病缺勤的主要原因之一。为真实评估背部支撑外骨骼（BSE）和上肢外骨骼（upper-limb exoskeletons, ULE）在工作场所中的效果，需要进行现场测试；但实验室常用的EMG和运动捕捉系统难以在现场实施，问卷因而成为现场测试中最常用的评估方法，并可覆盖人、机、任务等多维度。已有接受性研究多关注长期效果，而研究活动常受时间限制，样本量小、测试周期短；在此条件下，期望、偏见、污名或挫折等正向和负向心理因素会影响数据质量，导致结果难以可靠或存在偏差。用于问卷可靠性分析的Cronbach’s alpha通常要求至少20名受试者，而CoV可应用于小样本并结合阈值评估结果可靠性。Sposito等曾报道，在为期3天的主动BSE现场实验中，工人对外骨骼的感知和接受度出现波动：第1天总体评价和影响较高，第2天变差，第3天重新调整；其结果表明定性结果的振荡由实践中不断变化的物理和心理因素共同决定。熟悉化期已被用于训练新手用户、提高外骨骼接受度和有益效果并加速适应，但其实施尚未标准化，持续时间可从数分钟到数小时甚至数月，且依设备与用户学习曲线而异。为此，本研究在建筑工地对主动BSE StreamEXO开展现场试验，提出熟悉化方法，并通过问卷评估熟悉化前后工人的感知用力、任务负荷和技术接受度；鉴于样本量小，研究人员使用CoV量化工人主观评价的相对离散度和共识程度。研究目的为：（i）评估熟悉化期对工人的影响；（ii）展示一种用于小样本实验数据定性可靠性评估的方法。该工作可为系统评估和比较用户对不同外骨骼的意见提供工具，并为工业外骨骼的知情采用提供依据。
研究人员开展了现场案例研究，样本为合作公司FIRA招募的5名男性专业建筑工人（年龄30±17岁，身高176±6 cm，平均10年建筑工作经历）。在在建建筑内模拟典型搬运活动（提升、携带、放下），设置12 m与8 m路线，分别使用10 kg砖堆和25 kg水泥袋，并安排恢复步行。测试设NoExo、Exo-preFam和Exo-postFam条件，于两个非连续测试日实施，其间进行约90 min/人的熟悉化。评估工具包括感知用力评级（Rating of Perceived Exertion, RPE）、NASA任务负荷指数（NASA Task Load Index, NASA TLX）和定制接受度问卷（接受性、协助、舒适、稳定、可用性）。统计采用线性混合效应模型、Friedman检验、Wilcoxon检验与重复测量方差分析，并计算CoV及可靠性区间。
研究结果如下。3.1 感知用力评级（RPE）。3.1.1 上肢：通过RPE在提升、携带、放下任务的开始、中段和结束比较NoExo、Exo-preFam与Exo-postFam。提升和携带无显著差异；放下时NoExo与Exo-preFam差异显著（Bonferroni校正p=0.0135）。NoExo与Exo-postFam的感知用力从开始到结束总体上升，Exo-preFam在提升和放下中呈先升后降。平均RPE始终低于3.1。CoV显示任务开始时可靠性高或好，中段和结束多大于0.25（中至低）；三模式平均为中等可靠性。结论是上肢非直接辅助区在熟悉化前出现不符合疲劳进程的趋势。3.1.2 躯干：三个任务中NoExo与Exo-preFam及Exo-postFam均存在显著差异（提升p=0.000016和0.000005；携带p=0.0111和0.000045；放下p=0.000947和0.000384；均Bonferroni校正），Exo-preFam与Exo-postFam无显著差异。NoExo最高、Exo-postFam最低、Exo-preFam居中，且均由开始至结束上升；平均NoExo从2.3到2.9、Exo-preFam从1.7到2.2、Exo-postFam从1.2到1.8。CoV显示Exo-postFam可靠性最高，持续好至高，放下结束时CoV=0；Exo-preFam高至中；NoExo中至低。CoV统计显示NoExo与Exo-preFam显著，NoExo与Exo-postFam高度显著。结论是熟悉化降低躯干感知用力并提高一致性。3.1.3 下肢：三种任务中三条件经Bonferroni校正均无显著差异，趋势异质。开始时NoExo最高（1.7±0.1）、Exo-postFam最低（1.2±0）、Exo-preFam为1.6±0.0；结束时NoExo为2.1±0.1、Exo-preFam为1.8±0.4、Exo-postFam为2.2±0.2。CoV在Exo-postFam大多好至高（提升结束除外），Exo-preFam好至中且放下中段低，NoExo均好且提升开始高；平均三模式均好；NoExo与Exo-preFam的CoV差异显著。结论是熟悉化后下肢反馈可靠性较高，但用力趋势异质。3.2 NASA TLX：通过NASA TLX比较感知工作负荷，NoExo总体反馈较差，Exo-postFam最受认可。精神需求中位数NoExo与Exo-preFam均为5、Exo-postFam为4，离散度分别为8.5、6、3；体力需求NoExo最高13±2.75、Exo-preFam最低8±7、Exo-postFam为11±7.5；时间需求和努力均以NoExo最高、Exo-postFam最低、Exo-preFam居中且离散最大；绩效NoExo为16±7.25、Exo-preFam为15±1.5、Exo-postFam为17±2.25；挫折维度变异大。总体工作负荷NoExo为9.5±4.1、Exo-preFam为7.4±1.9、Exo-postFam为7.8±4.2。CoV平均NoExo为0.40（低）、Exo-preFam为0.36（低）、Exo-postFam为0.25（好）。结论是熟悉化后除挫折外结果更收敛、可靠性提高。3.3 接受度调查：通过定制问卷五构念比较熟悉化前后，总体接受性从5.3±1.8升至6±1.4；满意度从6±2升至6.5±1.5，有用性从6±1.25升至6.5±1.5，常规使用从6±1.25升至7±1，总体评分从5±1.25升至6.5±1.5，而每日连续使用从5±2.75降至4.5±1.5。协助从5.1±2.2升至6±1.4；疲劳从6±1.25升至7±1，同步从3±0.5升至4.5±1.5，协助适配均为6但离散从3降至2，熟悉化需求从4±3升至6±2。舒适总体从6.2±2.1升至6.8±0.8，呼吸性在熟悉化后全体为7；稳定性从6.5±1.5升至7±1；可用性从5.5±1.4升至6±0.7，易控制从4±2.5升至5±1。总接受度从5.7±1.8升至6.3±0.6。CoV在Exo-preFam平均为中等，Exo-postFam平均为好，二者差异非常显著。结论是熟悉化提高接受度及反馈一致性；每日连续使用评分下降反映工人只愿在受助的特定搬运任务中使用。
讨论部分，作者评估熟悉化的影响。躯干RPE在Exo条件持续低于NoExo，Exo-postFam最低，熟悉化后平均降低0.5/5且意见收敛。Exo-preFam在上肢和下肢出现结束低于开始或中段的趋势，作者认为这提示首次使用新技术的新奇性偏差，可能高估设备效果；熟悉化后趋势更符合疲劳进程且CoV更低。NASA TLX中Exo优于NoExo，Exo-postFam除挫折外分数更优或相当且离散更低；体力需求在Exo-preFam虽低但离散大，可靠性不足。接受度多构念在Exo-postFam改善，CoV降低，熟悉化需求评分说明工人亲身体验后更认可熟悉化的必要性。熟悉化可补偿Sposito等报道的第二日得分下降。首次使用偏差方面，作者指出高期望可能引起情绪唤醒，影响设备有益效应的感知并增加反馈变异；原文记录工人首次试用评论“With the exoskeleton, I feel like I’ve stepped out of Terminator”与“I feel like a warrior of the future”。可靠性方面，NoExo分散最大；使用技术即使首次也会极化意见，Exo-preFam使CoV降至中至好；熟悉化后平均分改善且CoV稳定更低，总体为好，个别为高或很高；CoV可区分不同条件的反馈一致性。限制包括：样本量n=5，结果应视为探索性；不同问卷构念不能直接比较，未进行跨量表一致性分析；未评估任务完成时间和生产率；未来应采用随机或平衡设计以更好分离累积疲劳和个体变异。研究结论翻译如下：近年来，为将OEs引入工业，外骨骼测试有所增加。测试常在有限受试者、有限时间内并采用问卷等定性评价方法开展，因此验证实验方案能否提供可靠结果至关重要。本研究考察职业外骨骼首次使用是否影响工人反馈，以及专门熟悉化期是否影响外骨骼性能、感知和接受度。专门实验测试了熟悉化过程的影响，从Exo-preFam条件开始，该条件为首次佩戴外骨骼并在对其功能了解最少的情况下使用。此外，研究人员引入CoV指数以评估小样本中工人主观反应的相对离散度和一致程度。熟悉化后，躯干感知身体用力在工人间一致性更高，CoV更低。熟悉化后外骨骼接受率也显示工人间更高一致性。所报道证据提示，设备熟悉化可能有助于改善工人对设备性能的评价并减少主观反应波动。本研究结果尤其是CoV指数可支持外骨骼的工业采用；同时，充分的熟悉化可改善工人对外骨骼的接受度。未来，研究人员将把该方法应用于更多受试者，并评估熟悉化对定性结果的影响；还将开发StreamEXO熟悉化的标准方法。
