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Les exosquelettes de cheville peuvent rigoureusement réduire le coût énergetique de l'utilisation, découvertes d'étude

L'utilisation est exercice grand mais pas chacun se sent grande le faisant. Dans l'espoir d'amplifier l'activité matérielle - et de produire probablement un mode neuf de transport - les techniciens à l'Université de Stanford étudient les dispositifs que les gens pourraient attacher à leurs pattes pour effectuer plus facile en marche.

Dans les expériences avec les systèmes às moteur qui imitent de tels dispositifs - émulateurs appelés d'exosquelette - les chercheurs ont vérifié deux modes différents d'aide en marche : aide à moteur et aide ressort ressort. Les résultats, 25 mars publié en robotique de la Science, étaient étonnants.

Le simple acte de s'user un équipement d'exosquelette qui a été coupé a augmenté le coût énergetique de l'utilisation, rendant lui 13 pour cent plus durs que le fonctionnement sans exosquelette. Cependant, les expériences ont indiqué que, si convenablement actionné par un moteur, l'exosquelette réduit le coût énergetique de l'utilisation, facilitant lui 15 pour cent que le fonctionnement sans exosquelette et 25 pour cent plus facile que le fonctionnement avec l'exosquelette a commuté hors circuit.

En revanche, l'étude a proposé que si l'exosquelette était actionné pour imiter un ressort il y eût toujours une augmentation de la demande énergétique, rendant lui 11 pour cent plus durs que le fonctionnement sans exosquelette et seulement 2 pour cent plus facile que l'exosquelette sans moteur.

Quand le passage de gens, leurs pattes se comportent beaucoup comme un ressort, ainsi nous ont été très étonnés que l'aide ressort ressort n'était pas efficace. Nous tous avons une intuition au sujet de la façon dont nous faisons fonctionner ou promenade mais même les principaux scientifiques découvrent toujours comment le corps humain nous permet de déménager efficacement. C'est pourquoi les expériences comme ces derniers sont si importantes. »

Steve Collins, professeur agrégé de l'industrie mécanique chez Stanford et auteur supérieur du papier

Si les futurs modèles pourraient réduire le coût énergetique de s'user l'exosquelette, les turbines peuvent atteindre un petit avantage de l'aide ressort ressort la cheville, qui est attendue pour être meilleur marché que des solutions de rechange às moteur.

Actionner votre opération

Le bâti des sangles d'émulateur d'exosquelette de cheville autour du tibia de l'usager. Il fixe à la chaussure avec un câble bouclé sous le talon et une barre de fibre de carbone insérés dans l'unique, près de tep. Les moteurs situés derrière le tapis roulant (mais pas sur l'exosquelette lui-même) produisent les deux modes de l'aide - quoiqu'un exosquelette ressort ressort n'utiliserait pas réellement des moteurs dans le produit fini.

Pendant que le nom implique, le mode ressort ressort imite l'influence d'être parallèle de ressort au mollet, enregistrant l'énergie pendant le début de l'opération et en déchargeant cette énergie comme tep poussez hors circuit. En mode actionné, les moteurs tirent un câble qui se prolonge par l'arrière de l'exosquelette du talon jusqu'au mollet. Avec l'action assimilée à un câble de frein de bicyclette, il tire vers le haut pendant la tep-hors circuit pour aider à étendre la cheville à la fin d'une opération en marche.

« L'aide actionnée a enlevé le beaucoup de le fardeau d'énergie des muscles de mollet. Elle était très flexible et comparé très plein d'entrain au fonctionnement normal, » a dit Delaney Miller, un étudiant de troisième cycle chez Stanford qui travaille à ces exosquelettes et test également de aide les dispositifs. « Parlant par expérience, cela se sent réellement bien. Quand le dispositif fournit cette aide, vous vous sentez comme vous pourriez faire fonctionner pour toujours. »

Onze turbines expérimentées ont vérifié les deux types d'aide tout en faisant fonctionner sur un tapis roulant. Elles ont également complété des tests où elles ont utilisé la visserie sans mécanismes l'uns des d'aide mis en marche.

Chaque turbine a dû s'habituer à l'émulateur d'exosquelette avant le contrôle - et son fonctionnement était personnalisé pour faciliter leur cycle et phases de démarche. Pendant les tests réels, les chercheurs ont mesuré la sortie énergétique des turbines par un masque qui a suivi combien oxygène ils respiraient dedans et combien de dioxyde de carbone ils respiraient à l'extérieur. Les tests pour chaque type d'aide ont duré six mn et les chercheurs ont basé leurs découvertes trois dernières mn de chaque exercice.

Les économies d'énergie les chercheurs observés indiquent qu'une turbine employant l'exosquelette actionné pourrait amplifier leur vitesse par pas moins de 10 pour cent. Ce chiffre pourrait être encore plus élevé si les turbines ont le temps complémentaire pour la formation et l'optimisation. Vu les gains considérables impliqués, les chercheurs pensent qu'il devrait être possible de transformer le squelette actionné en dispositif untethered efficace.

Le contrat à terme

En fournissant le support matériel, la confiance et la vitesse probablement accrue, les chercheurs pensent que ce genre de technologie pourrait aider des gens dans voies variées.

« Vous pouvez presque penser à lui comme mode de transport, » a dit Guan Rong TAN, un étudiant de troisième cycle en industrie mécanique qui, comme Miller, continue cette recherche. « Vous pourriez descendre d'un bus, gifler sur un exosquelette, et couvrir le bout un--deux aux milles pour fonctionner en cinq mn sans briser une sueur. »

« Ce sont les plus grandes améliorations de l'économie d'énergie que nous avons vue avec n'importe quel dispositif utilisé pour aider le fonctionnement, » ont dit Collins. « Ainsi, vous n'allez probablement pas pouvoir employer ceci pendant un temps de qualification dans un chemin, mais il peut te permettre de suivre vos amis qui font fonctionner un peu plus rapidement que vous. Par exemple, mon jeune frère a fait fonctionner le marathon de Boston et j'aimerais pouvoir suivre lui. »