Loading...
محققان دریافتند که یک وسیله حرکتی که به مچ پا و پا متصل می‌شود، می‌تواند به شدت انرژی مورد نیاز برای دویدن را کاهش دهد. دویدن یک ورزش عالی است اما انجام آن برای همه‌ی افراد خوشایند نیست. مهندسان دانشگاه استنفورد به امید تقویت فعالیت بدنی - و احتمالاً ایجاد شیوه حمل و نقل جدید - در حال مطالعه دستگاه‌هایی هستند که دویدن و راه رفتن را برای افراد بسیاری راحت و آسان‌تر کنند. نتایجی در Science Robotics از آزمایشات محققان منتشر شد که شگفت‌انگیز بود. محققان در این آزمایشات با استفاده از دستگاه‌های موتوری که روند آنها همانند اسکلت است، دو حالت مختلف را که در کمک درحین اجرا وجود دارد را بررسی کردند: motor-powered و spring-based.
صرفاً پوشیدن این اسکلت پوششی در حالت خاموش، انرژی صرف شده برای دویدن را افزایش داد و این باعث شده بود که دویدن 13 درصد سخت‌تر از دویدن بدون این اسکلت باشد. با این حال، آزمایشات نشان می‌دهد، اگر به طور مناسب از موتور استفاده شود، اسکلت صرف انرژی دویدن را کاهش می‌دهد، و این باعث آن می‌شود که دویدن بدون اسکلت 15 درصد و دویدن با اسکلت خاموش 25درصد راحت‌تر باشد. در مقابل، این مطالعه نشان می‌دهد اگر اسكلت ازحالت فنر تقلید كند، باز هم تقاضای انرژی افزایش می‌‌‌یابد و این باعث می‌شود که اجرای بدون اسكلت 11 درصد سخت‌تر و فقط 2 درصد راحت‌تر از اسكلت بدون نیرو باشد.
تیو کالینز، استادیار مهندسی مکانیک در استنفورد و نویسنده ارشد این مطلب، گفت: وقتی مردم شروع به دویدن می‌کنند، پاهای آنها مانند یک فنر رفتار می‌کند، بنابراین ما بسیار متعجب شدیم که کمک‌های مانند فنر و حالت ارتجاعی فنر مؤثر نیست. همه ما یک درک مستقیم از نحوه دویدن یا راه رفتن داریم، اما حتی دانشمندان برجسته هنوز در حال کشف این هستند که چگونه بدن انسان اجازه می‌دهد تا به طور کارآمد حرکت کنیم. به همین دلیل است که آزمایشاتی مانند این‌ها بسیار مهم هستند.
اگر طرح‌های آینده بتوانند هزینه پوشیدن این اسکلت‌های پوششی را کاهش دهند، دوندگان ممکن است کمتر راغب به کمک‌های حالت ارتجاعی فنر مانند باشند، که البته انتظار می‌رود هزینه آن کمتر از گزینه‌های دارای موتور باشد.
قدرت قدم‌ها:
تسمه قاب اگزواسکلتون مچ پا، در اطراف ساق پای استفاده‌کننده قرار می‌گیرد. این با طنابی حلقه مانند که در زیر پاشنه‌ی پا قرار می‌گیرد و یک نوار فیبر کربن در قسمت کف پا و در نزدیکی انگشتان پا قرار دارد، به کفش متصل می‌شود. موتور‌های مستقر در پشت تردمیل (نه روی خود اسکلت) دو حالت کمکی را تولید می‌کنند. حالت فنری دستگاه، در ابتدای مرحله ذخیره انرژی می‌کند و آن انرژی را با فشار دادن انگشتان پا تخلیه می‌کند. در حالت خودران، موتور‌ها کابل را می‌کشند و کابل‌ها از ساق پا تا ماهیچه ساق پا عبور می‌کنند. این عملیاتی است شبیه به سیم ترمز دوچرخه، که در آن پنجه پا به سمت بالا می‌رود تا در انتهای یک مرحله‌ی در حال اجرا، به مچ پا کمک کند.
Delaney Miller، دانشجوی فارغ التحصیل در استنفورد که در حال کار بر روی این اسکلت های خارجی است و همچنین به تست دستگاه ها کمک می‌کند می‌گوید: "مساعدت نیرو، بخش زیادی از بار انرژی ماهیچه ساق پا را از بین برد که در مقایسه با دویدن معمولی بسیار جهنده و تند و تیز بود. این احساس خوبی دارد که وقتی دستگاه این کمک را ارائه می‌دهد، احساس می‌کنید می‌توانید برای همیشه بدوید."
یازده دونده هنگام دویدن روی یک تردمیل دو نوع مدل کمکی را آزمایش کردند. آنها همچنین تست‌هایی را به پایان رساندند که در آن، آنها سخت‌افزاری را بدون روشن کردن مکانیسم‌های کمک پوشیدند. هر دونده باید قبل از آزمایش به شبیه‌ساز اسکلتی عادت کند و عملکرد آن برای جبران چرخه راه رفتن، درک شود. محققان در طی آزمایش‌های واقعی، میزان انرژی خروجی دونده را از طریق ماسک اندازه گیری کردند، بدین صورت که چه میزان اکسیژن در آن تنفس شده و چه مقدار دی اکسید کربن تولید شده است.
آزمایشات برای هر حالت اگزواسکلتون کمکی، شش دقیقه به طول انجامید و محققان یافته‌های خود را بر اساس سه دقیقه آخر هر تمرین قرار دادند. ذخیره‌ی انرژی که محققان مشاهده کرده‌اند نشان می‌دهد که یک دونده با استفاده از اسکلت برقی می‌تواند سرعت خود را را تا 10 درصد افزایش دهد. این رقم می‌تواند حتی بیشتر باشد اگر دوندگان وقت بیشتری را برای آموزش و بهینه سازی بگذارند. با توجه به دستاوردهای قابل توجه موجود، محققان معتقد‌‌‌ند که می‌توان اسکلت نیرومند را به یک وسیله بی‌سیم مفید و کارآمد تبدیل کرد.
آینده‌‌ی این دستگاه:
با فراهم کردن این پشتیبانی فیزیکی، اعتماد به نفس و احتمالاً افزایش سرعت، محققان بر این باورند که این نوع فناوری می‌تواند به روش های مختلفی به افراد زیادی کمک کند. گوان رونگ تان، دانشجوی فارغ التحصیل رشته مهندسی مکانیک، که مانند میلر در حال ادامه این تحقیق است، گفت: "تقریباً می توانید به آن به عنوان یک روش حمل و نقل فکر کنید. شما می‌توانید از اتوبوس پیاده شوید، دستگاه اسکلت خارجی را روشن کنید و یک تا دو مایل را تا کار با آن پوشش دهید، تنها در پنج دقیقه و بدون هیچگونه مشقتی!" یکی از محققان این حوزه به نام کالینز می‌گوید: " تا به حال، این بزرگترین پیشرفت در صرف انرژی که با هر وسیله‌ای که برای کمک به دویدن استفاده شده است دیده‌ایم، است. شما احتمالاً نمی‌توانید از این مرحله برای یک دوره مقدماتی در مسابقه استفاده کنید، اما ممکن است به شما امکان دهد تا با دوستانی که کمی سریعتر از شما دویدند، هم‌سرعت و همراه باشید؛ به عنوان مثال برادر کوچکترم در ماراتن بوستون شرکت کرد و دوید و من علاقه مندم که بتوانم با او در این لحظات همگام باشم."
گردآوری: مهشید خانعلی
