Чeлoвeку пoнaдoбились миллиoны лeт, чтoбы в сoвeршeнствe oвлaдeть искусствoм пeрeдвижeния нa двуx нoгax.
Но ученые говорят, что в скором будущем мы сможем достичь в этом деле новых вершин, воспользовавшись экзоскелетом без электропитания для модификации структуры наших лодыжек.
Уникальное устройство, о котором рассказывается в журнале Nature, добавляет силу каждому шагу, одновременно снижая затраты энергии на 7% по сравнению с обычной ходьбой в спортивной обуви.
Это устройство может пригодиться не только людям, у которых проблемы с ходьбой, таким как жертвы инсульта. Представьте себе, насколько можно увеличить возможности здоровых людей, которые все время работают на ногах – военных, охранников, почтальонов и др.
Чтобы перехитрить матушку-природу сотрудники Университета штата Северная Каролина (North Carolina State University) и Университета Карнеги-Меллон (Carnegie Mellon University) создали легкое механическое устройство для голеней и лодыжек, которое помогает работать икроножным мышцам и ахилловому сухожилию во время ходьбы.
Экзоскелет состоит из углепластика и весит порядка 500 граммов. Никаких моторов, никакого расхода электроэнергии, никаких элементов питания. Просто, дешево и эффективно.
«Экзоскелет без элементов питания действует подобно катапульте. В нем имеется пружина, которая имитирует работу ахиллова сухожилия. Оно устанавливается параллельно с вашей икроножной мышцей и снижает нагрузку на нее. Устройство задумано так, чтобы накапливать свою энергию при нажатии на землю с последующим ее высвобождением при подъеме ноги», — поясняет устройство и принцип работы экзоскелета доктор Грегори Савицки (Gregory Sawicki), физиолог и биомедицинский инженер Отделения биомедицинского инжиниринга Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, соавтор изобретения.
Участники небольшого исследования, которое изобретатели провели в Университете штата Северная Каролина – девять активных взрослых людей – носили экзоскелет во время занятий на беговой дорожке в двух режимах, при беге и ходьбе с нормальной скоростью. Ученые сравнивали проходимую дистанцию в обычной спортивной обуви и в экзоскелете.
Исследователи тестировали пружины с разной жесткостью, чтобы выбрать наиболее рациональный вариант. Оказалось, что наиболее выгодно применение пружины со средней жесткостью. Ходьба в экзоскелете с такой пружиной приводила к 7%-ной экономии энергии.
«Сэкономленные 7% энергии эквивалентны 10-фунтовому рюкзаку за плечами, что очень существенно, особенно для представителей некоторых профессий. Хотя нас удивляют чудеса человеческой эволюции в этой области, мы видим, что остается много вещей в биомеханике человека, которые нужно изучать и совершенствовать», — пишут исследователи.
«В один прекрасный день мы получим простой, легкий и относительно недорогой экзоскелет, который поможет человеку лучше ходить, что очень ценно при старении и ряде болезней», — предсказывает соавтор изобретения доктор Стивен Коллинз (Steven Collins), инженер, эксперт по робототехнике из Университета Карнеги-Меллон.
