The energetic cost of human walking as a function of uneven terrain amplitude
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Notice bibliographique
Résumé
Humans expend more energy walking on uneven terrain, but the amount varies across terrains. Few experimental characterizations exist, each describing terrain qualitatively without any relation to others or to flat ground. This precludes mechanistic explanation of the energy costs. Here, we show that energy costs vary smoothly and approximately quadratically as a function of terrain amplitude. We tested this with healthy adults (N=10) walking on synthetic uneven terrain with random step heights of parametrically controlled maximum amplitude (four conditions 0-0.045 m) and at four walking speeds (0.8-1.4 m s-1). Both net metabolic rate and the rate of positive work increased approximately with amplitude squared and speed cubed (R2=0.74, 0.82, respectively), as predicted by a simple walking model. The model requires work to redirect the body center of mass velocity between successive arcs described by pendulum-like legs, at proportional metabolic cost. Humans performed most of the greater work with terrain amplitude early in the single stance phase, and with speed later in stance during push-off. Work and energy rates changed with approximately linear proportionality, with a ratio or delta efficiency of 49.5% (R2=0.68). The efficiency was high enough to suggest substantial work performed passively by elastic tendon and not only by active muscle. Simple kinematic measures such as mid-swing foot clearance also increased with terrain amplitude (R2=0.65), possibly costing energy as well. Nevertheless, most of the metabolic cost of walking faster or on more uneven terrain can be explained mechanistically by the work performed.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle