《Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting》：Passive Back-Support Exoskeletons Reduce Cumulative Spinal Loading During Aeronautical Tasks
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被动背部支撑外骨骼（back-support exoskeleton，BSE）对航空作业中内部脊柱负荷的影响尚不清楚。研究人员在三种BSE条件下（无BSE对照、BackX、Laevo FLEX），让19名男性参与者完成代表性航空抛光与搬运任务（持续屈曲检视、模
被动背部支撑外骨骼（back-support exoskeleton，BSE）对航空作业中内部脊柱负荷的影响尚不清楚。研究人员在三种BSE条件下（无BSE对照、BackX、Laevo FLEX），让19名男性参与者完成代表性航空抛光与搬运任务（持续屈曲检视、模拟抛光、非对称载荷转移），采用可穿戴惯性传感器测量全身运动学，并使用肌肉骨骼建模估计峰值与时间平均L5/S1压缩力。在检视与抛光任务中，BackX与Laevo分别降低时间平均压缩力14%与6%，表明持续躯干屈曲时累积脊柱负荷下降。在非对称转移中，Laevo获益更大：抬升时时间平均压缩力降低17%，下放时峰值与时间平均压缩力分别降低13%与26%。总体而言，被动BSE主要降低累积而非峰值脊柱负荷，支持其在涉及持续躯干屈曲与非对称搬运的航空任务中选择性使用。
研究背景方面，航空工业从业者工作相关肌肉骨骼疾病（work-related musculoskeletal disorders，WMSDs）高发，飞机维修与装配人员下背最受累及，12个月患病率为30%至45%，7天患病率为16%至27%，且约57%的观测任务属肌肉骨骼劳损高风险。航空作业常含物料搬运、维修、长时间躯干屈曲、负重行走及重物重复抬放，而许多操作因技术与运行限制难以重新设计工位。背部支撑外骨骼（back-support exoskeleton，BSE）可在不大改工位前提下提供躯干伸展助力，但既有研究多关注腰背肌活动、主观不适、代谢成本等，未直接量化腰椎内部力学负荷；肌电下降也不等于关节压缩力下降，因为设备可能重塑负荷分配、协同收缩与被动组织贡献。因此，研究人员在《Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting》发表该研究，利用已有实验数据做肌肉骨骼建模，明确BSE在航空任务中对L5/S1压缩力的真实影响。
关键技术方法上，研究人员纳入19名本地社区招募、无外骨骼经验、无肌肉骨骼病史且每周至少中等强度活动两次的男性参与者；采用重复测量设计，在無BSE、BackX、Laevo FLEX三种条件下完成管内屈曲检视40秒、管外模拟抛光2分钟、13千克与21千克起落架部件非对称抬放任务。运动学由可穿戴惯性动作捕捉单元以128赫兹采集，导入AnyBody建模系统重构44自由度个体缩放模型，按躯干—大腿角度加入BackX与Laevo FLEX设备力矩，依Karatsidis等方法预测地面反力，用二次肌肉应力准则经逆向动力学计算L5/S1关节反力，指标为峰值与时间平均轴向压缩力，并用重复测量方差分析与Tukey HSD事后比较。
Introduction
研究人员指出航空人群下背疾病负担重，物理需求高，BSE作为不改工位的可穿戴助力方案有应用潜力，但航空场景证据有限，故需评估其是否降低脊柱负荷。
Background
已有文献显示BSE可降低腰背肌活动、躯干伸力矩、主观用力与代谢成本，尤其利于重复搬抬与别扭姿势；但Albouy等2025年航空抛光研究未直接量化内部脊柱负荷。研究人员强调，肌电或舒适度改善不能直接代表关节压缩力下降，因而用肌肉骨骼模型填补空白。
Approach
研究人员以19名男性构成样本队列，使用TEA CAPTIV可穿戴惯性单元采全身运动学，任务含持续屈曲检视、模拟抛光、13千克与21千克非对称载荷转移；将运动学导入AnyBody Modeling System 8.1.4建立44自由度模型，按身高体重缩放，叠加BackX与Laevo FLEX设备扭矩，预测地面反力并计算L5/S1关节反力，以峰值和时间平均轴向压缩力为结局，统计采用重复测量ANOVA与Tukey HSD。
Outcome
Tasks 1与2中，峰值压缩力无显著差别；BackX使时间平均压缩力降14%（p＜.001），Laevo FLEX降6%（p＝.003），说明静态航空作业里BSE主要带来累积卸载而非峰值事件削弱。Tasks 3与4抬升相，BackX无显著效应，Laevo FLEX使时间平均压缩力降17%（p＝.004），峰值不变。下放相，BackX仍无显著效应，Laevo FLEX使峰值压缩力降13%（p＜.001）、时间平均压缩力降26%（p＜.001），表明助力在受控下降时更能抵消重力负荷。
讨论部分总结为：被动BSE效益具任务相与相位依赖性，静态屈曲与下放阶段更利累积卸载，抬升未必降峰值；肌肉活动与主观努力不能单独代表机械风险下降，工效学评价应同时看任务相位与力学指标。样本为年轻、活跃、无航空经验男性，结论外推需谨慎，未来应做真实航空工人现场研究。
Conclusion
本研究用实验测量结合生物力学建模，量化BackX与Laevo FLEX两款商用被动刚性BSE在航空制造相关屈曲与非对称搬运中的脊柱负荷效应。持续屈曲时两款BSE均降时间平均压缩力而不改峰值；抬升时仅Laevo FLEX降时间平均压缩力；下放时Laevo FLEX同时降峰值与时间平均压缩力，卸载更明显。总体看，被动BSE主要降低累积性而非峰值脊柱负荷，下放相比抬升更易受益。但受试者年轻体健、无BSE与航空背景，肌电或主观负荷下降不等于机械风险等幅下降；任务相位与力学指标应进入工效学评价，后续需在航空工人中做现场验证。
