Пасивний екзоскелет знизив енерговитрати на біг

Іранські інженери розробили екзоскелет, який допомагає бігти без використання моторів або інших актуаторів. Випробування показали, що пристрій знижує енергетичні витрати організму на вісім відсотків, пишуть автори статті в.

Терміном екзоскелет називають досить різнорідні пристрої, які відрізняються як за конструкцією, так і за функціями і впливом на людину, що носить їх. Деякі екзоскелети надягаються на більшу частину тіла і дозволяють збільшити фізичну силу людини або навіть повернути здатність ходити. Інші призначені для ніг і дозволяють знизити навантаження під час ходьби. Незважаючи на те, що в цій області створено вже досить багато пристроїв, масово вони не застосовуються. Частина екзоскелетів для ніг зменшують навантаження завдяки складній електромеханічній системі, яку неможливо носити з собою, а пасивні і відносно компактні екзоскелети поки створювалися тільки для ходьби.

Група з Тегеранського університету під керівництвом Нілі Ахмадабаді (Nili Ahmadabadi) створила пасивний екзоскелет, здатний знижувати навантаження при бігу. Оскільки в пасивному екзоскелеті немає актуаторів, розробники використовували в якості них ноги людини. Справа в тому, що під час кожного циклу бігу ноги здійснюють два типи рухів - прискорення на початку циклу і гальмування в кінці, причому в кожен момент часу ліва нога робить рух, зворотний руху правою. Інженери створили простий механізм, що зв'язує рухи ніг і дозволяє використовувати гальмівний рух для зниження енерговитрат.

Екзоскелет влаштований досить просто: він складається з пари двосегментних рам, з'єднаних між собою ременем, закріпленим на талії, і вигнутою металевою пластиною, яка виступає як пружина. Саме вона дозволяє пов'язувати крутячі моменти ніг. Маса екзоскелета становить 1,8 кілограма, але інженери відзначають, що якщо замінити алюміній в конструкції на вуглеволокно, масу можна буде знизити до кілограма, що дозволить також знизити і енерговитрати людини.

Для перевірки ефективності конструкції розробники провели п'ятиденні експерименти, в яких брали участь десять добровольців. За перші три дні учасники бігали зі швидкістю 2,5 метри за секунду сумарно 30 хвилин і навчалися бігу з екзоскелетом. В останні два дні проводилися безпосередньо випробування, під час яких добровольці бігали на біговій доріжці по 10 хвилин з екзоскелетом і без нього. Метаболізм вимірювався стандартним методом, при якому енерговитрати оцінюються за рівнем вдихуваного кисню і видихуваного вуглекислого газу.

Порівняння бігу у двох режимах показало, що надягнений екзоскелет дозволяє знизити енерговитрати на 8-1,5 відсотка. Розробники зазначають, що це приблизно рівнозначно тому, що людина з масою 75 кілограмів скинула б шість кілограмів. Якщо відняти масу екзоскелета, то зниження навантаження було б одно 10,2 порожнє 1,5%, що показує потенціал збільшення ефективності пристрою при зниженні маси конструкції.

На початку року американські розробники представили активний екзоскелет для ніг і алгоритм для нього, що дозволяють швидко підлаштувати рухи пристрою під конкретну людину. Випробування показали, що екзоскелету потрібно трохи більше 20 хвилин на адаптацію до користувача, після чого енергетичні витрати на ходьбу знижуються на 17 відсотків.