Учёные из Стэнфордского университета рассказали о разработке экзоскелета, который существенно увеличивает скорость бега человека. Устройство использует два режима — бег с помощью двигателя и с помощью пружины, говорится в работе, опубликованной в журнале Science Robotics.
Как отмечают исследователи, ношение выключенного экзоскелета увеличивает физические затраты энергии на бег на 13%. При этом эксперименты показали, что при его использовании в режиме двигателя бег становится на 15% легче обычного и на 25% легче бега с выключенным экзоскелетом. В режиме имитации пружины же бежать становилось легче всего на 2%. Это удвило учёных; по словам доцента кафедры машиностроения в Стэнфордском университете Стивена Коллинза, при беге ноги человека работают как пружина, и они ожидали резкого повышения эффективности при увеличении упругих свойств. Однако оказалось, что намного легче бегать в режиме двигателя.
Экзоскелет крепится на лодыжки человека. Верёвка, соединённая с приводами экзоскелета, проходит под пяткой. Моторы при этом пока что не крепятся на само устройство — они расположены позади бегущего. Предполагается, что в будущем они станут более компактными для того, чтобы расположить их на самом экзоскелете.
В режиме пружины трос накапливает энергию в начале шага и разгружается при отталкивании, давай дополнительный импульс стопе. В режиме двигателя же трос при касании пола сжимается, помогая поднять лодыжку, и ослабляется в момент разгибании ноги. По словам разработчиков, в обоих случаях снижается нагрузка на икроножные мышцы бегущего.
Устройство было протестировано одиннадцатью профессиональными спортсменами. Все они сначала бегали без экзоскелета — учёные замеряли параметры при обычном беге. Затем каждый испытуемый калибровал устройство, которое работает с учётом цикла шага и особенностей походки. Исследователи отслеживали с помощью специальной маски, сколько кислорода вдыхали спортсмены и сколько углекислого газа выдахали. Каждое испытание проводилось в течение шести минут, из которых учитывались только три последние.
По результатам тестирования устройство выяснилось, что путём сокращения энергетических затрат на бег можно увеличить среднюю скорость на дистанции на 10%. Кроме того, её можно увеличить ещё больше после дополнительных тренировок. Исследователи считают, что теперь главная цель — сделать устройство автономным, прикрепив моторы к корпусу экзоскелета.
