Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Портативный экзоскелет облегчил ходьбу и бег

Jinsoo Kim et al. / Science, 2019

Американские и южнокорейские инженеры разработали носимый экзоскелет, способный снижать энергозатраты во время ходьбы и бега благодаря подтягиванию ног в определенные моменты. Он автоматически определяет тип передвижения и подстраивает свои действия. Испытания показали, что во время ходьбы экзоскелет снижает энергозатраты на 9,3 процента, а во время бега на четыре процента, рассказывают авторы статьи в Science.

Экзоскелет — это собирательный термин, обозначающий сразу несколько разных типов устройств. Обычно при этом слове люди представляют большой костюм на все тело, значительно повышающий силу человека. Однако большая часть разработок в этой области представляет собой более компактные устройства, облегчающие повседневные задачи, к примеру, ходьбу или держание инструмента. В области экзоскелетов для ходьбы и бега уже есть некоторые разработки, однако, почти всегда они представляют собой либо пассивное устройство, либо активное, но связанное со статичной установкой и носящее экспериментальный характер.

Группа инженеров под руководством Конора Уолша (Conor Walsh) из Гарвардского университета уже несколько лет работает над созданием активных экзоскелетов для облегчения ходьбы и бега. В своей новой работе авторы представили полностью автономную модификацию экзоскелета, не требующую подключения к внешним устройствам.

Экзоскелет состоит из нескольких связанных между собой частей, закрепляемых на бедрах, талии и плечах. На задней части устройства расположен блок с электромоторами, связанными с двумя тросами. На других концах эти тросы закреплены на бедрах. Принцип действия экзоскелета заключается в том, что когда нога движется назад, трос натягивается с помощью элеткромотора и облегчает работу мышц.

На основании данных, полученных во время предыдущих исследований, инженеры подобрали два режима работы электромоторов, которые наиболее оптимальны для ходьбы и бега. Режимы различаются между собой как величиной натяжения тросов, так и временем активации электромоторов. Поскольку в экзоскелете установлено три акселерометра, он может самостоятельно различать тип передвижения и подстраивать параметры натяжения троса под него.

Разработчики проверили работу экзоскелета на девяти добровольцах, бегавших по беговой дорожке со скоростью 2,5 метра в секунду и ходивших по ней со скоростью 1,5 метра в секунду. Поскольку на них была надета маска для анализа выдыхаемого воздуха, авторы смогли измерить разницу в энергозатратах с работающим экзоскелетом и без него. Оказалось, что во время ходьбы он снижает энергозатраты на 9,3 ± 2,2 процента, а во время бега на 4,0 ± 1,3 процента.

Недавно другая группа инженеров представила пассивный экзоскелет для лодыжки, который можно почти незаметно спрятать под штаниной. Он облегчает ходьбу благодаря пружине, тянущей стопу при шаге вперед.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.