Мягкий экзоскелет улучшил время спринтеров почти на секунду в забеге на 200 метров

Южнокорейские инженеры разработали мягкий экзоскелет для ног, который помогает повысить скорость бега за счет увеличения числа шагов. Испытания показали, использование костюма позволяет улучшить время спринтерского забега на дистанции 200 метров в среднем на 0,97 секунды. Статья опубликована в журнале Science Robotics, кратко о ней рассказывает MIT Technology Review.

Обычно под экзоскелетами подразумевается надеваемые на тело человека устройства, которые позволяют усиливать какие-либо его функции. По сути это собирательный термин, который обозначает сразу несколько разных типов устройств. Это может быть как большой жесткий костюм на все тело, значительно повышающий силу человека, так и более компактные устройства, предназначенные для отдельных частей тела. Среди них можно отдельно выделить мягкие экзоскелеты, предназначенные для ног, которые помогают совершать движения при ходьбе или беге с помощью электромоторов и системы тросов.

Этот вид экзоскелетов существует уже достаточно давно и основное предназначение большинства разработок этого типа заключалось в снижении метаболических затрат. Например, экзоскелет группы американских и южнокорейских инженеров позволил снизить энергетические затраты при ходьбе более чем на девять процентов, а при беге на четыре процента. Можно предположить, что снижение затрат энергии при ходьбе и беге способно не только снижать утомляемость, но и повышать результаты в высокоинтенсивном спорте. Однако до сих пор тесты проводились в основном лишь на беговой дорожке с ограниченными скоростями.

Инженеры из Южной Кореи под руководством Гиука Ли (Giuk Lee) из Университета Чунан в Сеуле решили исправить этот пробел и разработали мягкий носимый экзокоскелет для ног, который предназначен для помощи в спринтерском беге. Он состоит из надевающегося на спину спортсмена модуля с электромоторами, которые связаны с двумя тросами. Другие концы этих тросов закрепляются на бедрах. В момент, когда нога бегуна движется назад, трос натягивается с помощью электромотора, облегчая работу мышц.

Алгоритм работы механизма, или так называемый профиль помощи, определяющий моменты, в которые необходимо активировать электромоторы, и необходимую величину натяжения тросов, был сгенерирован авторами работы, основываясь на результатах мускульно-скелетной симуляции бега. При этом экзоскелет самостоятельно определяет текущий тип передвижения и подстраивать параметры натяжения троса под него.

Для тестирования костюма, разработчики пригласили девять участников. Все спортсмены прошли предварительную трехминутную учебную тренировку на беговой дорожке, чтобы познакомиться с возможностями костюма. Затем участники должны были пробежать двухсотметровую дистанцию несколько раз с использованием костюма и без него с тридцатиминутными перерывами для отдыха между забегами. Время прохождения дистанции фиксировалось с помощью электронной системы.

В результате эксперимента выяснилось, что бег в экзоскелете позволяет сократить время прохождения дистанции в среднем на 0,97 секунды. При этом среднее улучшенное время на первой половине дистанции составляет 0,68, а на второй — 0,30 секунды. Также исследователи выяснили, что уменьшение времени связано с ростом количества шагов бегуна, использующего костюм.

Для получения более точной биомеханической картины, описывающей механизм улучшения времени спринта при использовании экзоскелета, разработчики планируют провести более подробные исследования в будущем. Также они планируют улучшить алгоритм работы костюма и привлечь к испытаниям профессионального атлета, чтобы попробовать побить мировой рекорд на дистанции 100 метров — действующий рекорд в 9,58 секунды установил в 2009 году Усейн Болт.

Экзоскелеты создают не только для людей, но и для животных. Например, американский блогер и изобретатель Аллен Пэн (Allen Pan) разработал четырехногий экзоскелет для змей.