Correr es un excelente ejercicio, pero no todos se sienten muy bien haciéndolo. Con la esperanza de impulsar la actividad física, y posiblemente crear un nuevo modo de transporte, los ingenieros de la Universidad de Stanford están estudiando dispositivos que las personas podrían atarse a sus piernas para facilitar el funcionamiento..
En experimentos con sistemas accionados por motor que imitan tales dispositivos, llamados emuladores de exoesqueleto, los investigadores investigaron dos modos diferentes de asistencia a la marcha: asistencia a motor y asistencia por resorte. Los resultados, publicados el 25 de marzo en Ciencia Robótica , fueron sorprendentes.
El simple hecho de usar una plataforma de exoesqueleto que se apagó aumentó el costo de energía de la carrera, haciéndolo un 13 por ciento más difícil que correr sin el exoesqueleto. Sin embargo, los experimentos indicaron que, si funciona adecuadamente con un motor, el exoesqueleto reduce lacosto de energía de la carrera, lo que hace que sea un 15 por ciento más fácil que correr sin el exoesqueleto y un 25 por ciento más fácil que correr con el exoesqueleto apagado.
Por el contrario, el estudio sugirió que si el exoesqueleto funcionaba para imitar un resorte, todavía había un aumento en la demanda de energía, lo que lo hacía un 11 por ciento más difícil que correr sin exoesqueleto y solo un 2 por ciento más fácil que el exoesqueleto sin motor.
"Cuando las personas corren, sus piernas se comportan como un resorte, así que nos sorprendió mucho que la asistencia similar a un resorte no fuera efectiva", dijo Steve Collins, profesor asociado de ingeniería mecánica en Stanford y autor principal del artículo ".Todos tenemos una intuición sobre cómo corremos o caminamos, pero incluso los principales científicos aún están descubriendo cómo el cuerpo humano nos permite movernos de manera eficiente. Es por eso que experimentos como estos son tan importantes ".
Si los diseños futuros podrían reducir el costo de energía del uso del exoesqueleto, los corredores pueden obtener un pequeño beneficio de la asistencia similar al resorte en el tobillo, que se espera que sea más barato que las alternativas motorizadas.
Potenciando tu paso
El marco del emulador del exoesqueleto del tobillo se ajusta alrededor de la espinilla del usuario. Se adhiere al zapato con una cuerda enrollada debajo del talón y una barra de fibra de carbono insertada en la suela, cerca de la puntera. Motores situados detrás de la cinta de correr pero no enel exoesqueleto en sí produce los dos modos de asistencia, a pesar de que un exoesqueleto a base de resorte en realidad no usaría motores en el producto final.
Como su nombre lo indica, el modo similar a un resorte imita la influencia de un resorte que corre paralelo a la pantorrilla, almacenando energía durante el comienzo del paso y descargando esa energía a medida que los dedos de los pies empujan. En el modo alimentado, los motores tirancable que atraviesa la parte posterior del exoesqueleto desde el talón hasta la pantorrilla. Con una acción similar al cable de freno de una bicicleta, se tira hacia arriba durante el despegue para ayudar a extender el tobillo al final de un paso de carrera.
"La asistencia eléctrica eliminó gran parte de la carga de energía de los músculos de la pantorrilla. Era muy elástica y muy dinámica en comparación con la carrera normal", dijo Delaney Miller, una estudiante graduada en Stanford que trabaja en estos exoesqueletos y también ayuda a evaluarlos dispositivos ". Hablando de la experiencia, se siente realmente bien. Cuando el dispositivo proporciona esa asistencia, sientes que podrías correr para siempre"
Once corredores experimentados probaron los dos tipos de asistencia mientras corrían en una cinta de correr. También completaron las pruebas en las que usaron el hardware sin ninguno de los mecanismos de asistencia activados.
Cada corredor tuvo que acostumbrarse al emulador del exoesqueleto antes de la prueba, y su operación se personalizó para acomodar su ciclo y fases de la marcha. Durante las pruebas reales, los investigadores midieron el rendimiento energético de los corredores a través de una máscara que rastreó cuántoel oxígeno que inhalaban y la cantidad de dióxido de carbono que exhalaban. Las pruebas para cada tipo de asistencia duraron seis minutos y los investigadores basaron sus hallazgos en los últimos tres minutos de cada ejercicio.
Los ahorros de energía que observaron los investigadores indican que un corredor que usa el exoesqueleto motorizado podría aumentar su velocidad hasta en un 10 por ciento. Esa cifra podría ser aún mayor si los corredores tienen tiempo adicional para entrenamiento y optimización. Dadas las considerables ganancias involucradas, elLos investigadores piensan que debería ser posible convertir el esqueleto motorizado en un dispositivo eficaz sin ataduras.
El futuro
Al proporcionar apoyo físico, confianza y posiblemente una mayor velocidad, los investigadores piensan que este tipo de tecnología podría ayudar a las personas de varias maneras.
"Casi puedes pensar que es un medio de transporte", dijo Guan Rong Tan, un estudiante graduado en ingeniería mecánica que, como Miller, continúa esta investigación. "Podrías bajarte de un autobús y golpear un exoesqueleto,y recorra las últimas una o dos millas para trabajar en cinco minutos sin sudar ".
"Estas son las mejoras más grandes en la economía de energía que hemos visto con cualquier dispositivo utilizado para ayudar a correr", dijo Collins. "Entonces, probablemente no podrá usar esto durante un tiempo de calificación en una carrera", pero puede permitirte seguir el ritmo de tus amigos que corren un poco más rápido que tú. Por ejemplo, mi hermano menor corrió el maratón de Boston y me encantaría poder seguirle el ritmo ".
Los investigadores de la Universidad Carnegie Mellon, la Universidad de Gante y Nike Inc. son coautores de este artículo. Collins también es miembro de Stanford Bio-X.
Esta investigación fue financiada por Nike y la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Taylor Kubota. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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