Пасивний екзоскелет перетворили на генератор

Канадські інженери розробили пасивний екзоскелет ніг, який допомагає ногам гальмувати під час фази перенесення і тим самим знижує енерговитрати людини в середньому на 2,5 відсотка. Одночасно з цим екзоскелет виступає як генератор, виробляючи 0,25 ватт. Стаття опублікована в.

Найчастіше під екзоскелетом розуміють пристрій, що вдягається на все тіло і розширює його можливості, але є багато досліджень, присвячених екзоскелетам окремих кінцівок, як правило, ніг. Вони розрізняються за призначенням: зазвичай розробники намагаються зменшити метаболічні витрати людини на ходьбу або біг, але є й екзоскелети для прискорення ходьби. Для зниження навантаження використовують пасивні конструкції, які або пов'язують рухи ніг і переносять енергію між фазами ходьби, або самостійно допомагають у певні фази, а також активні, які роблять це за допомогою електромоторів або інших актуаторів. Також є роботи, в яких екзоскелет використовували для вироблення електрики з ходьби.

Група канадських інженерів під керівництвом Майла Шепертицького (Michael Shepertycky) і Цинго Лі (Qingguo Li) з Університету Куїнс в Кінгстоні поєднали переваги попередніх пристроїв, розробивши пасивний екзоскелет, що знижує метаболічні витрати на ходьбу і виробляє енергію.

Екзоскелет закріплений на лямках від рюкзака і надягається на спину, а його маса становить трохи більше ніж один кілограм. Від нього вниз відходять два троси, які кріпляться на ногах вище щиколотки. З боку екзоскелета троси кріпляться до котушок з муфтою вільного ходу і спіральною пружиною, яка прагне повернути трос після розмотки котушки. Котушки також з'єднані з загальним генератором, який виробляє під час їх обертання електричний струм.

Під час фази перенесення нога розмотує котушку і тим самим розкручує генератор. Також в цей момент екзоскелет посилює розгинаючий момент в коліні і допомагає нозі гальмувати у фінальній частині фази перенесення, сприяючи ексцентричному скороченню м'язів. А під час фази опори через муфти вільного ходу нога не відчуває майже ніякого впливу екзоскелета і троси вільно намотуються на котушку під дією пружин.

Дослідники провели випробування екзоскелета на 10 добровольцях, які ходили біговою доріжкою і без неї, а також одягали датчик вимірювання інтенсивності дихання, що дозволяє визначити метаболічні витрати. Випробування показали, що екзоскелет в середньому знизив метаболічні витрати на 2,5 0,8 відсотка порівняно зі звичайною ходьбою без його допомоги. Одночасно з цим він виробляв електричний струм, потужність вироблення склала 0,25 0,02 ватт. Також автори протестували інший режим ходьби, при якому потужність склала 0,53 0,03 ватт, але в такому випадку метаболічні витрати підвищувалися в порівнянні з ходьбою без екзоскелета.

Інженери також розробляють і екзоскелети рук. Наприклад, минулого року японські інженери створили м'який екзоскелет пензля, що допомагає стискати пальці.