Новый мягкий экзоскелет для ног снизит расход энергии на рекордные 23%
В 2016 году команда учёных из Гарвардского института Висса представила результаты разработки носимых роботизированных приспособлений, которые способны снизить расход энергии у здоровых людей, путешествующих с грузом на спине (туристов или спортсменов). Устройство было изготовлено из текстиля, оснащенного кабелями и системой управления, которая синхронизируется при ходьбе носителя с его механическими движениями и "берёт на себя" часть усилий. В итоге человеку становится гораздо проще преодолевать большие расстояния.
Подобный экзоскелет американские учёные разработали и для медицинских целей – в помощь людям, восстанавливающимся после инсульта или страдающим рассеянным склерозом.
Позднее учёные продолжили дорабатывать своё устройство и в результате создали новый ножной экзоскелет, который пригодится не только здоровым людям, но и тем, кто восстанавливается после травм и операций, а также страдает от паралича и различных проблем с суставами ног.
По словам инженеров и биологов, представленное устройство снижает расход энергии пользователя на 23% — сегодня это самая большая цифра для подобных приспособлений. Так, ранее мы рассказывали о похожем аппарате, который уменьшает нагрузку при ходьбе на 7%.
Новый гибкий экзоскелет для ног сохранил тканевую основу: она представляет собой два куска из специального эластичного материала, которые обматываются вокруг голеней и крепятся к поясу четырьмя ремнями, идущими через всё бедро. Приводящие кабели помогают движению ноги в районе лодыжки сзади, а также по дополнительным ремням энергия, произведённая в области лодыжки, передаётся к бедру спереди и облегчает движение ноги в бедренном суставе. Таким образом человек расходует меньше своей энергии, чтобы сделать шаг и для каждого сустава не требуется отдельный двигатель.
"Когда вы только начнёте носить этот костюм, привыкнуть к нему сразу не получится. Ноги будут "чувствовать себя" как будто вялыми, а мускулы будут совершать меньше работы, чем привыкли", — поясняет один из авторов разработки Конор Уолш (Conor Walsh) из Лаборатории биодизайна Гарварда.
Экзоскелет для ног по-прежнему требует существенных доработок. Пока что он соединён кабелями с довольно громоздким внешним двигателем, а кроме того, испытания устройства с тестовой группой из семи человек проходили на беговой дорожке, а не в естественных условиях.
В будущем учёные также планируют протестировать костюм, покрывающий всё тело, чтобы понять, можно ли его будет носить под обычной одеждой с учётом веса всех двигателей и питающих их батарей.
"Результаты этого исследования помогут нам найти золотую середину между дополнительным весом системы и количеством приложенной силы для достижения максимальных выгод расхода энергии пользователя. Определение этих взаимозависимостей у здоровых людей поможет нам разработать варианты для людей с нарушениями походки", — добавляет соавтор работы Санцзюнь Ли (Sangjun Lee).
Ожидается, что разработка найдёт применение не только в медицине (для восстановления двигательной активности), но также будет полезна для пожилых людей, туристов и солдат, которые преодолевают большие дистанции с грузом на спине.
Подробно новый гибкий экзоскелет для ног описывается в научной статье, опубликованной в издании Science Robotics.
Напомним, что ранее инженеры представили экзоскелет для малышей со спинальной мышечной атрофией.
