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Os exoskeletons do tornozelo podem dràstica reduzir os custos da energia de ser executado, achados do estudo

Ser executado é grande exercício mas não todos sente grande fazendo o. Na esperança de impulsionar a actividade física - e possivelmente de criar um modo novo de transporte - os coordenadores na Universidade de Stanford estão estudando os dispositivos que os povos poderiam prender com correias a seus pés para fazer mais fácil running.

Nas experiências com sistemas accionados por motor que imitam tais dispositivos - emuladores chamados do exoskeleton - os pesquisadores investigaram dois modos diferentes de auxílio running: auxílio accionado por motor e auxílio mola-baseado. Os resultados, publicados o 25 de março na robótica da ciência, eram surpreendentes.

O mero acto de vestir um equipamento do exoskeleton que fosse desligado aumentou os custos da energia de ser executado, fazendo lhe 13 por cento mais duros do que o corredor sem o exoskeleton. Contudo, as experiências indicaram que, se posto apropriadamente por um motor, o exoskeleton reduziu os custos da energia de ser executado, facilitando lhe 15 por cento do que o corredor sem o exoskeleton e 25 por cento mais fácil do que o corredor com o exoskeleton desligado.

Ao contrário, o estudo sugeriu que se o exoskeleton foi posto para imitar uma mola houvesse ainda um aumento na procura de energia, fazendo lhe 11 por cento mais duros do que o corredor exoskeleton-livre e somente 2 por cento mais fácil do que o exoskeleton não-posto.

Quando a corrida dos povos, seus pés se comporta muito como uma mola, assim que nós estiveram surpreendidos muito que mola-como o auxílio não era eficaz. Nós todos temos uma intuição sobre como nós somos executado ou caminhada mas mesmo os cientistas principais ainda estão descobrindo como o corpo humano permite que nós se movam eficientemente. Experimenta é por isso como estes são tão importante.”

Steve Collins, professor adjunto da engenharia mecânica em Stanford e autor superior do papel

Se os projectos futuros poderiam reduzir os custos da energia de vestir o exoskeleton, os corredores podem obter um benefício pequeno mola-como do auxílio no tornozelo, que é esperado ser mais barato do que alternativas accionadas por motor.

Pondo sua etapa

O quadro das correias do emulador do exoskeleton do tornozelo em torno da canela do usuário. Anexa à sapata com uma corda dada laços sob o salto e uma barra da fibra do carbono introduzidos no único, perto do dedo do pé. Os motores situados atrás da escada rolante (mas não no exoskeleton próprio) produzem os dois modos de auxílio - mesmo que um exoskeleton mola-baseado não usaria realmente os motores no produto final.

Enquanto o nome implica, mola-como o modo imita a influência de ser executado da mola paralelo à vitela, armazenando a energia durante o começo da etapa e descarregando essa energia como os dedos do pé empurre fora. No modo posto, os motores rebocam um cabo que passe através da parte traseira do exoskeleton do salto à vitela. Com a acção similar a um cabo de freio da bicicleta, puxa para cima durante o dedo do pé-fora para ajudar a estender o tornozelo no fim de uma etapa running.

“O auxílio posto descolou muita carga da energia dos músculos da vitela. Era muito elástico e muito bouncy comparado ao corredor normal,” disse Delaney Miller, um aluno diplomado em Stanford que está trabalhando nestes exoskeletons e teste igualmente de ajuda os dispositivos. “Falando por experiência, isso sente realmente bom. Quando o dispositivo está fornecendo esse auxílio, você sente como você poderia ser executado para sempre.”

Onze corredores experimentados testaram os dois tipos do auxílio ao ser executado em uma escada rolante. Igualmente terminaram os testes onde vestiram o hardware sem os alguns dos mecanismos do auxílio girados sobre.

Cada corredor teve que tornar-se habituado ao emulador do exoskeleton antes do teste - e sua operação foi personalizada para acomodar seus ciclo e fases do porte. Durante os testes reais, os pesquisadores mediram a saída energética dos corredores através de uma máscara que seguisse quanto oxigênio respiravam dentro e quanto dióxido de carbono respiravam para fora. Os testes para cada tipo de auxílio duraram seis minutos e os pesquisadores basearam seus resultados nos últimos três minutos de cada exercício.

As economias de energia os pesquisadores observados indicam que um corredor que usa o exoskeleton posto poderia impulsionar sua velocidade perto tanto quanto 10 por cento. Essa figura poderia ser mesmo mais alta se os corredores têm o tempo adicional para a formação e a optimização. Dado os ganhos consideráveis envolvidos, os pesquisadores pensam que deve ser possível transformar o esqueleto posto em um dispositivo untethered eficaz.

O futuro

Fornecendo o apoio físico, a confiança e a velocidade possivelmente aumentada, pesquisadores pensam que este tipo da tecnologia poderia ajudar povos em várias maneiras.

“Você pode quase pensar dele como um modo de transporte,” disse Guan Rong bronzeado, um aluno diplomado na engenharia mecânica que, como Miller, está continuando esta pesquisa. “Você poderia sair um barramento, golpear em um exoskeleton, e cobrir o último um--dois às milhas para trabalhar em cinco minutos sem quebrar um suor.”

“Estas são as melhorias as maiores na economia de energia que nós vimos com todo o dispositivo usado para ajudar ao corredor,” disseram Collins. “Assim, você provavelmente não está indo poder usar isto por um tempo de qualificação em uma raça, mas pode permitir que você prossiga com seus amigos que executam um bit mais rapidamente do que você. Por exemplo, meu irmão mais novo executou a maratona de Boston e eu amaria poder manter o ritmo com ele.”