Экзоскелет помогает повысить скорость бега на 10% — Роботех

Экзоскелет помогает повысить скорость бега на 10%

Исследователи считают, что моторизованное устройство, которое крепится вокруг голеностопного сустава и стопы, может значительно снизить затраты энергии на бег.

Бег — отличное упражнение, но не все чувствуют себя прекрасно, выполняя его. В надежде повысить физическую активность и, возможно, создать новый вид транспорта, инженеры Стэнфордского университета создают устройства, которые люди могут привязать к ногам, чтобы облегчить бег.

В экспериментах с системами с электроприводом, которые имитируют такие устройства — так называемые эмуляторы экзоскелета, — исследователи испытали два различных режима помощи при беге: использование двигателя и использование пружины, сообщают в пресс-службе университета.

Сам факт ношения выключенного экзоскелетона увеличил затраты энергии на бег, делая его на 13% тяжелее, чем бег без экзоскелета. Однако эксперименты показали, что при надлежащем питании от двигателя экзоскелет снижает затраты энергии на бег, делая его на 15% легче, чем бег без экзоскелета, и на 25% легче, чем бег с выключенным экзоскелетом.

Эксперименты проводились только в условиях лаборатории на специально оборудованной беговой дорожке. В реальных условиях показатели могут отличаться.

«Когда люди бегут, их ноги ведут себя как пружина, поэтому мы были очень удивлены, что подобная пружине помощь не была эффективной», — сказал Стив Коллинз , доцент кафедры машиностроения в Стэнфорде и автор статьи. 

Если будущие проекты могут снизить энергетические затраты на ношение экзоскелета, бегуны могут получить небольшую выгоду от пружинной помощи на лодыжке, которая, как ожидается, будет дешевле, чем альтернативы с моторным приводом.

Эмулятор экзоскелета обхватывает голень пользователя. Он крепится к обуви с помощью веревки, закрепленной петлей под пяткой, и вставки из углеродного волокна, которая крепится к подошве около носка. Моторы, расположенные позади беговой дорожки (но не на самом экзоскелете), создают два способа помощи.

Как следует из названия, пружинный режим имитирует эффект пружины, накапливая энергию в начале шага и разгружая эту энергию, когда пальцы ног отталкиваются. В режиме питания двигатели протягивают кабель, который проходит через заднюю часть экзоскелета от пятки до голени. Действуя подобно тросу велосипедного тормоза, он оттягивается вверх во время схождения, чтобы помочь вытянуть лодыжку в конце шага бега.

«Приведенная в действие помощь сняла напряжение с икроножных мышц. Это было очень упругим и очень бодрым по сравнению с обычным бегом », — сказала Делани Миллер, аспирант из Стэнфорда, который работает над этими экзоскелетами и помогает тестировать устройства. «Если говорить по опыту, это действительно здорово. Когда устройство предоставляет такую ​​помощь, вы чувствуете, что можете работать вечно ».

Одиннадцать опытных бегунов проверили два типа помощи во время бега на беговой дорожке. Они также завершили испытания, в которых они носили аппаратные средства без какого-либо вспомогательного механизма.

Каждый бегун должен был привыкнуть к эмулятору экзоскелета перед тестированием — и его работа была настроена с учетом их цикла и фаз походки. Во время реальных испытаний исследователи измеряли энергетический выход бегунов с помощью маски, которая отслеживала, сколько кислорода они вдыхали и сколько углекислого газа они выдыхали. Тесты для каждого типа помощи длились шесть минут, и исследователи основывали свои результаты на последних трех минутах каждого упражнения.

Наблюдаемая исследователями экономия энергии свидетельствует о том, что бегун, использующий экзоскелет, может повысить свою скорость на целых 10%. Эта цифра может быть еще выше, если у бегунов будет дополнительное время для тренировок и оптимизации. Принимая во внимание значительные выгоды, исследователи считают, что должна быть возможность превратить активный скелет в эффективное неуправляемое устройство.

Предоставляя физическую поддержку, уверенность и, возможно, повышенную скорость, исследователи считают, что такого рода технологии могут помочь людям различными способами.

Экзоскелеты сегодня разрабатывают очень многие компании. Некоторые из них уже успели добиться определенных успехов. Например, Clinatec создала полноценный экзоскелет, который позволяет ходить парализованным людям.

Add a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *