Dodano: 20 sierpień 2019r.

Lekki egzoszkielet pomoże zwiększyć wydajność marszu i biegu

Nowy, lekki egzoszkielet sprawi, że zarówno chodzenie, jak i bieganie będą bardziej energooszczędne. Z urządzenia już wkrótce będą mogły korzystać osoby, które spędzają dużo czasu na nogach - ratownicy, strażacy czy personel wojskowy.

Egzoszkielet

 

Egzoszkielety, które wspomagają ruch, są dostępne już od kilku lat. Są używane w najnowocześniejszych zakładach pracy czy podczas zajęć rehabilitacyjnych. Jednak obecnie dostępne egzoszkielety są duże i nieporęczne. Dodatkowo są przeznaczone do chodzenia lub biegania, ale nie do obu tych czynności w warunkach terenowych, co czyni je niepraktycznymi do codziennego użytku.

Chód jak i bieg może obejmować szeroki zakres prędkości. Zazwyczaj wybieramy chód, który pozwala nam zużywać najmniejszą ilość energii przy danej prędkości. Przy małej prędkości chód jest bardziej ekonomicznym sposobem poruszania się, ale przy większej, to bieg jest bardziej wydajny.

 

Opracowanie urządzenia pomocnego zarówno w chodzeniu, jak i bieganiu było trudne do zrealizowania ze względu na zasadniczo odmienną biomechanikę obu sposobów poruszania się. Jedak inżynierom udało się tego dokonać i nowy egzoszkielet uwzględnia oba te sposoby. Jego opis ukazał się na łamach pisma „Science”.

Philippe Malcolm z University of Nebraska Omaha wraz z kolegami z Harvard`s Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) opracował elastyczny egzoszkielet przeznaczony do chodzenia, jak i biegania. Waży 5 kilogramów, z czego ponad 90 proc. masy jest umiejscowione w pobliżu środka masy ciała. Co ważne, użytkownik egzoszkieletu może z łatwością przejść z chodzenia na bieganie i na odwrót.

Nowy egzoszkielet jest lekki, wydajny i przeznaczony do pracy w terenie. Przypomina spodenki rowerowe i wykonany jest z elastycznych materiałów przylegających do ciała. W materiale na udach i talii zamontowane są czujniki. Te na biodrach wykrywają, czy użytkownik chodzi, czy biegnie, podczas gdy czujniki na udach wykrywają zmiany w pozycji nóg.

Jednostka silnikowa znajduje się z tyłu kombinezonu, w dolnej części pleców i jest kontrolowana przez algorytm, który może skutecznie wykryć przejście od chodzenia do biegania i odwrotnie. Między czujnikami w pasie biodrowym a tymi na udach znajdują się cięgna, które przenoszą siłę i działają wraz ze skurczami mięśni pośladkowych.

W testach na bieżni zespół naukowców wykazał, że egzoszkielet obniżył średnio tempo metabolizmu chodzenia o 9,3 proc. a biegania o 4 proc. w porównaniu do tych samych czynności wykonywanych bez urządzenia. W testach brało udział 9 osób, z których każda przeszła na bieżni 450 metrów w ciągu 5 minut i przebiegła 750 metrów w tym samym czasie.

- Jesteśmy podekscytowani widząc, że urządzenie działa również dobrze podczas chodzenia pod górę, przy różnych prędkościach biegu i chodu oraz podczas ogólnych testów terenowych. To pokazuje wszechstronność systemu - powiedział dr Conor Walsh, który kierował badaniami. - Chociaż stwierdzone przez nas obniżenie metabolizmu jest niewielkie, nasze badanie pokazuje, że przenośny egzoszkielet może wspomagać więcej niż jedną czynność. Może on utorować drogę podobnym systemom, by stały się wszechobecne w naszym codziennym życiu - powiedział Walsh.

Egzoszkielet został opracowany w ramach programu Warrior Web amerykańskiej agencji rządowej DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), która zajmuje się rozwojem technologii na potrzeby wojska.

 

Źródło i fot.: Wyss Institute