Для людей разработали энергонезависимый внешний скелет

Биоинженеры университета Северной Каролины и университета Карнеги-Меллон создали экзоскелет, который на 7% уменьшает энергию, требуемую для ходьбы и бега и не требует для этого внешних источников энергии. Детально о проекте ученые написали для журнала Nature, коротко о нем пишет Образовач.

Экзоскелеты – это внешние каркасы, которые могут пропорционально усиливать движения человеческого тела. Они популярны в научной фантастике (Звездный десант, Железный человек), а также уже применяются на Земле.

Такие конструкции используют для реабилитации людей с нарушением опорно-двигательного аппарата, облегчения погрузочных работ или в армии. Все существующие до недавнего времени экзоскелеты предполагали внешний источник энергии, что значительно ограничивало их использование из-за необходимости перемещать тяжелые батареи.

Исследователи создали первый экзоскелет, которому внешняя энергия не требуется. Он включает специальные ботинки, пружины и муфту, которые в параллели с ахилловым сухожилием уменьшают нагрузку на икроножную мышцу. В муфте находится храповик, устроенный таким образом, что позволяет пружине натягиваться лишь тогда, когда нога стоит на поверхности, а после ее поднятия он свободно вращается. Таким образом компенсируется потребность икроножной мышцы сопротивляться растяжению. По словам инженеров, эта особенность тела является одним из немногих неэффективных моментов в эволюционно закрепленном процессе ходьбы.

Оценка потребляемой энергии выявила, что пружина со промежуточным модулем упругости позволяет сэкономить 7,2±2,6 процентов мощности.

“Удивительно, что мы сумели добиться такого превосходство по сравнению с системой, сформированной эволюцией. Это исследование показывает, что нам все еще многое предстоит узнать о человеческой биомеханике и о таких простых движениях, как ходьба”, – пояснил Грегори Савики, один из авторов.

7% экономии энергии можно сравнить с тем, что человек чувствует, снимая четырхекилограммовый рюкзак. Главред Nature Филип Кэмпбелл в своей колонке отметил, что хотя для многих людей подобный выигрыш в нагрузке незначителен, однако легко себе представить ситуацию, когда он стал бы ключевым фактором между свободой передвижения и неподвижностью. Новый экзоскелет может стать достаточным для того, чтобы помочь человеку с ослабленными мышцами самостоятельно выйти на улицу.