The intersection of ground reaction forces in a small, point-like area above the center of mass has been observed in computer simulation models and human walking experiments. This intersection point is often called a virtual pivot point (VPP). With the VPP observed so ubiquitously, it is commonly assumed to provide postural stability for bipedal walking. In this study, we challenge this assumption by questioning if walking without a VPP is possible. Deriving gaits with a neuromuscular reflex model through multi-stage optimization, we found stable walking patterns that show no signs of the VPP-typical intersection of ground reaction forces. We, therefore, conclude that a VPP is not necessary for upright, stable walking. The non-VPP gaits found are stable and successfully rejected step-down perturbations, which indicates that a VPP is not primarily responsible for locomotion robustness or postural stability. However, a collision-based analysis indicates that non-VPP gaits increased the potential for collisions between the vectors of the center of mass velocity and ground reaction forces during walking, suggesting an increased mechanical cost of transport. Although our computer simulation results have yet to be confirmed through experimental studies, they already strongly challenge the existing explanation of the VPP's function and provide an alternative explanation.


翻译:在计算机模拟模型和人类行走实验中观察到了地面反应力量在质量中心上一个小的、近似点的区域内的交叉点。这个交叉点通常被称为虚拟轴点(VPP)。随着VPP的观察无处不在,人们通常认为它为双足行走提供了姿势稳定性。在这项研究中,我们质疑这一假设,询问在没有VPP的情况下行走是否可行。通过多阶段优化生成神经肌肉反射模型的尖部,我们发现稳定的行走模式没有显示地面反应力量中VPPP的典型交叉点的迹象。因此,我们的结论是,对于正向、稳定的行走,不需要 VPPP。发现非VPPP的曲子是稳定的,而且被成功拒绝的步步调扰动。这表明,VPPP并不主要对行走动的稳健健或后稳定性负责。然而,基于碰撞的分析表明,非VPPP在行走过程中的载体和地面反应力中心之间的碰撞可能性。我们的结论是,大规模速度和地面反应力量的载体之间的碰撞潜力增加了机械成本。尽管我们现有的计算机模拟分析结果已经提供了一种选择性PPP的难度。

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