Pasywny egzoszkielet działa jak siedmiomilowe buty i nie potrzebuje zasilania!

Wyzwaniem, któremu muszą sprostać konstruktorzy większości egzoszkieletów jest efektywne zasilanie. Jak ominąć ten problem? Rozwiązaniem okazują się egzoszkelety, które – choć zasilane siłą mięśni użytkownika – dzięki pomysłowym mechanizmom potrafią zwielokrotnić ich siłę.

Czy można udoskonalić sposób, w jaki chodzimy? Mogłoby się wydawać, że dzięki milionom lat ewolucji robimy to w optymalny sposób, jednak naukowcy z Uniwersytetu Carnegie Mellon oraz Uniwersytetu Stanowego Karoliny Północnej znaleźli w chodzie człowieka moment, gdzie energia nie jest wykorzystywana w najlepszy z możliwych sposobów.

Zdaniem badaczy dotyczy to mięśni łydki, napinających i kurczących się w czasie stawiania kroku. Zbudowany przez nich mechanizm wykorzystuje naturalną pracę mięśni i ścięgna Achillesa, dzięki czemu w czasie stawiania kroku kumuluje energię, aby uwolnić ją podczas podnoszenia nogi do góry (o innym wynalazku, wspomagającym pracę stopy, przeczytacie w artykule „Buty Enko – sportowy egzoszkielet dla stopy. Idealne buty do biegania?”).

Choć opis działania wydaje się banalnie prosty, to obecna wersja tego sprzętu jest efektem 8 lat prac badawczych i – na razie – nie jest jeszcze wersją finalną. Mimo tego już teraz udało się zwiększyć efektywność chodu o około 7 procent.

7 procent wydaje się mało imponującą wartością, zwłaszcza, gdy porównamy to z zasilanymi egzoszkieletami, które potrafią zwielokrotnić siłę mięśni człowieka i pozwalają np. na podnoszenie bardzo dużych ciężarów.

Z drugiej strony te skromne – na pozór – 7 procent oznacza, że dzięki takiemu egozszkieletowi możemy założyć plecak z 4-kilogramowym ładunkiem i podczas marszu wydatkować tyle samo energii, co bez obciążenia. Albo, w innym scenariuszu, zużyć tyle samo energii na pokonanie dłuższego dystansu. O ile na co dzień nie wydaje się to istotne, to w sytuacjach ekstremalnych może decydować o życiu i śmierci.

Twórcy egzoszkieletu podkreślają przy tym jeszcze inny obszar zastosowań. Chodzi o osoby, których mięśnie z różnych powodów uległy osłabieniu. W ich przypadku nawet niewielka pomoc może okazać się decydująca i pozwolić na samodzielne chodzenie.

Pokazany mechanizm nie jest jeszcze idealny. W praktyce sprawdza się przede wszystkim podczas marszu ze stałą prędkością po równym podłożu, a zatem wymaga dalszego udoskonalanie i dopasowania do realnych, a nie tylko laboratoryjnych warunków.

Mimo tego pokazany mechanizm wydaje się bardzo ciekawym kierunkiem rozwoju egzoszkieletów. Zamiast skomplikowanych i wymagających zewnętrznego zasilania maszyn mamy w tym przypadku do czynienia z mechanizmem który mimo swojej prostoty potrafi skutecznie wspomóc mięśnie człowieka.

W artykule wykorzystałem informacje z serwisów National Science Foundation, Independent, Blogotech, RP, Medical News Today i Gizmag.