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