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Los exoesqueletos del tobillo pueden reducir drástico el coste energético de ejecutarse, hallazgos del estudio

El ejecutarse es gran ejercicio pero no todo el mundo asierra al hilo grande haciéndolo. Con la esperanza de reforzar actividad física - y posiblemente de crear una nueva manera del transporte - los ingenieros en la Universidad de Stanford están estudiando los dispositivos que la gente podría atar con correa a sus tramos para hacer más fácil corriente.

En experimentos con los sistemas de motor que imitan tales dispositivos - emuladores llamados del exoesqueleto - los investigadores investigaron dos diversas maneras de la ayuda corriente: ayuda de motor y ayuda muelle-basada. Los resultados, publicados el 25 de marzo en robótica de la ciencia, eran asombrosamente.

El simple acto de desgastar un equipo del exoesqueleto que fue apagado aumentó el coste energético de ejecutarse, haciendo le el 13 por ciento más duro que el funcionamiento sin el exoesqueleto. Sin embargo, los experimentos indicaron que, si fue movido por motor apropiadamente por un motor, el exoesqueleto redujo el coste energético de ejecutarse, haciendo le el 15 por ciento más fácil que el funcionamiento sin el exoesqueleto y el 25 por ciento más fácil que el funcionamiento con el exoesqueleto apagado.

En cambio, el estudio sugirió que si el exoesqueleto fue movido por motor para imitar un muelle todavía hubiera un aumento en la demanda energética, haciendo le el 11 por ciento más duro que el funcionamiento exoesqueleto-libre y el solamente 2 por ciento más fácil que el exoesqueleto no propulsado.

Cuando la corrida de la gente, sus tramos se comporta mucho como un muelle, así que nosotros muy fueron sorprendidos que muelle-como ayuda no era efectivo. Todos tenemos una intuición sobre cómo nos ejecutamos o paseo pero incluso los científicos de cabeza todavía están descubriendo cómo el cuerpo humano permite que nos movamos eficientemente. Por eso experimenta como éstos son tan importante.”

Steve Collins, profesor adjunto de la ingeniería industrial en Stanford y autor mayor del papel

Si los diseños futuros podrían reducir el coste energético de desgastar el exoesqueleto, los rotores de turbina pueden conseguir una pequeña ventaja muelle-como de ayuda en el tobillo, que se prevee que sea más barato que opciones de motor.

Mover por motor su paso

El marco de las bandas del emulador del exoesqueleto del tobillo alrededor de la espinilla del utilizador. Sujeta a la zapata con una cuerda colocada bajo el talón y una barra de la fibra de carbono insertados en el único, cerca del dedo del pie. Los motores situados detrás de la rueda de ardilla (pero no en el exoesqueleto sí mismo) producen las dos maneras de la ayuda - aunque un exoesqueleto muelle-basado no utilizaría real los motores en el producto final.

Mientras que el nombre implica, muelle-como manera imita la influencia de ejecutarse del muelle paralelo al becerro, salvando energía durante el principio del paso y descargando esa energía como los dedos del pie active lejos. En manera movida por motor, los motores tiran de un cable que pase a través del dorso del exoesqueleto del talón al becerro. Con la acción similar a un cable de freno de la bicicleta, tira hacia arriba durante el dedo del pie-lejos para ayudar a ampliar el tobillo en el final de un paso corriente.

La “ayuda movida por motor sacó mucha la carga de la energía de los músculos del becerro. Era muy elástica y muy animoso comparado al funcionamiento normal,” dijo a Delaney Miller, estudiante de tercer ciclo en Stanford que está trabajando en estos exoesqueletos y prueba también de ayuda los dispositivos. El “discurso de la experiencia, de que asierra al hilo realmente bueno. Cuando el dispositivo está ofreciendo esa ayuda, usted asierra al hilo como usted podría ejecutarse para siempre.”

Once rotores de turbina experimentados probaron los dos tipos de la ayuda mientras que se ejecutaban en una rueda de ardilla. También terminaron las pruebas donde desgastaron el hardware sin los mecanismos uces de los de la ayuda girados.

Cada rotor de turbina tuvo que llegar a estar acostumbrado al emulador del exoesqueleto antes de la prueba - y su operación fue modificada para requisitos particulares para acomodar su ciclo y fases del paso. Durante las pruebas reales, los investigadores midieron el rendimiento enérgico de los rotores de turbina a través de una máscara que rastreó cuánto oxígeno respiraban hacia adentro y cuánto dióxido de carbono respiraban fuera. Las pruebas para cada tipo de ayuda duraron seis minutos y los investigadores basaron sus conclusión en los tres minutos pasados de cada ejercicio.

Los ahorros de la energía los investigadores observados indican que un rotor de turbina que usaba el exoesqueleto movido por motor podría reforzar su velocidad cerca tanto como el 10 por ciento. Esa figura podría ser incluso más alta si los rotores de turbina tienen tiempo adicional para entrenar y la optimización. Dado los considerables avances implicados, los investigadores piensan que debe ser posible girar el esqueleto movido por motor en un dispositivo untethered efectivo.

El futuro

Proporcionando el apoyo físico, la confianza y la velocidad posiblemente creciente, los investigadores piensan que esta clase de tecnología podría ayudar a gente de diversas maneras.

“Usted puede casi pensar en ella como manera del transporte,” dijo a Guan Rong Tan, estudiante de tercer ciclo en la ingeniería industrial que, como Miller, está continuando esta investigación. “Usted podría conseguir de un ómnibus, dar una palmada en un exoesqueleto, y revestir la horma uno--dos a millas para trabajar en cinco minutos sin la fractura de un sudor.”

“Éstas son las mejorías más grandes de la economía de energía que hemos visto con cualquier dispositivo usado para ayudar al funcionamiento,” dijeron Collins. “Así pues, usted no va probablemente a poder utilizar esto por un tiempo que califica en una carrera, pero puede permitir que usted continúe con sus amigos que funcionen con una broca más rápidamente que usted. Por ejemplo, mi hermano menor funcionó con el maratón de Boston y amaría poder guardar paso con él.”