S'abonner

Positive and Negative Work Efficiencies During Walking: A Comparison of Methods - 27/04/26

Doi : 10.1016/j.irbm.2026.100943 
Aurore Bonnet-Lebrun a, b, , Genki Hisano b , Bruno Watier a , Hélène Pillet b , Xavier Bonnet b
a LAAS-CNRS, CNRS, Université de Toulouse, Toulouse, France 
b Institut de Biomecanique Humaine Georges Charpak, Arts et Metiers Sciences et Technologies, 151 Boulevard de l'Hôpital, 75013 Paris, France 

Corresponding author at: Institut de Biomecanique Humaine Georges Charpak, Arts et Metiers Sciences et Technologies, 151 Boulevard de l'Hôpital, 75013 Paris, France. Institut de Biomecanique Humaine Georges Charpak Arts et Metiers Sciences et Technologies 151 Boulevard de l'Hôpital Paris 75013 France
Sous presse. Manuscrit accepté. Disponible en ligne depuis le Monday 27 April 2026

Abstract

Background

The metabolic cost of walking reflects the energy required to move the body over a given distance. Standard measurement methods require prolonged exertion from participants, which is not always feasible. Estimating instantaneous metabolic cost is valuable for real-time control of assistive devices such as exoskeletons or prostheses. This can be achieved by computing mechanical work and applying separate efficiencies to positive and negative work.

Objective

This study aimed to compute and compare positive and negative work efficiencies using four different methods. A second objective was to evaluate how well metabolic cost, estimated from joint mechanical work weighted by these efficiencies, matched measured values.

Method

Eleven participants walked on slopes of ±24%, ±12%, ±8% and level. The ±24% slopes were used to represent conditions of predominantly positive (ascent) and negative (descent) work. Mechanical work and efficiencies were calculated using four methods: potential energy (PE), combined limb (CLM), individual limb (ILM), and summed joint. Metabolic costs estimated from summed joint work, adjusted by the efficiency pairs, were then compared to measured metabolic costs on intermediate slopes.

Results

Results showed that efficiencies – particularly for negative work – depended on the mechanical work calculation method (negative efficiency range: −0.91 to −1.08). Despite this, all methods showed strong correlations with measured metabolic cost (r ≥ 0.97). Moreover, positive efficiency had a greater influence on the estimated metabolic cost than negative efficiency.

Discussion

Efficiencies derived from the CLM, ILM, and summed joints methods more accurately captured changes between conditions than those obtained from the PE method, suggesting these methods are preferable. Future studies should assess their relevance in other contexts, such as load carriage or speed variations.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Efficiencies, especially negative, depend on the mechanical work calculation method.
Positive efficiency affects computed metabolic cost more than negative efficiency.
Measured and computed metabolic costs were strongly correlated for every efficiency.
CLM, ILM, and ∑joint efficiencies tracked state changes better than Margaria or PE.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Locomotion, Metabolic cost, Mechanical work, Biomechanics


Plan


© 2026  Publié par Elsevier Masson SAS.
Ajouter à ma bibliothèque Retirer de ma bibliothèque Imprimer
Export

    Export citations

  • Fichier

  • Contenu

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’accès au texte intégral de cet article nécessite un abonnement.

Déjà abonné à cette revue ?

Elsevier s'engage à rendre ses eBooks accessibles et à se conformer aux lois applicables. Compte tenu de notre vaste bibliothèque de titres, il existe des cas où rendre un livre électronique entièrement accessible présente des défis uniques et l'inclusion de fonctionnalités complètes pourrait transformer sa nature au point de ne plus servir son objectif principal ou d'entraîner un fardeau disproportionné pour l'éditeur. Par conséquent, l'accessibilité de cet eBook peut être limitée. Voir plus

Mon compte


Plateformes Elsevier Masson

Déclaration CNIL

EM-CONSULTE.COM est déclaré à la CNIL, déclaration n° 1286925.

En application de la loi nº78-17 du 6 janvier 1978 relative à l'informatique, aux fichiers et aux libertés, vous disposez des droits d'opposition (art.26 de la loi), d'accès (art.34 à 38 de la loi), et de rectification (art.36 de la loi) des données vous concernant. Ainsi, vous pouvez exiger que soient rectifiées, complétées, clarifiées, mises à jour ou effacées les informations vous concernant qui sont inexactes, incomplètes, équivoques, périmées ou dont la collecte ou l'utilisation ou la conservation est interdite.
Les informations personnelles concernant les visiteurs de notre site, y compris leur identité, sont confidentielles.
Le responsable du site s'engage sur l'honneur à respecter les conditions légales de confidentialité applicables en France et à ne pas divulguer ces informations à des tiers.


Tout le contenu de ce site: Copyright © 2026 Elsevier, ses concédants de licence et ses contributeurs. Tout les droits sont réservés, y compris ceux relatifs à l'exploration de textes et de données, a la formation en IA et aux technologies similaires. Pour tout contenu en libre accès, les conditions de licence Creative Commons s'appliquent.