Новости

Может ли экзоскелет лодыжки помочь людьми, перенесшим инсульт, с проблемами подвижности?

Может ли экзоскелет лодыжки помочь людьми, перенесшим инсульт, с проблемами подвижности?

Исследователи из Университета Карнеги-Меллон в Питсбурге, Пенсильвания и Университета штата Северная Каролина в Роли утверждают, что «экзоскелет лодыжки», который они разработали, снижает энергетические затраты при ходьбе на 7% – примерно эквивалентно сниманию 10-фунтового рюкзака. Более того, устройство работает полностью без питания.

Предыдущее моделирование человеческого передвижения – акт ходьбы – предположило, что когда мы ходим по ровной земле и с постоянной скоростью, теоретически, не должно быть никаких расходов энергии вообще. Но ученые также знают, что люди расходуют больше энергии во время ходьбы, чем в любой другой ежедневной деятельности.

Поскольку эти расходы энергии могут вызвать проблемы для пожилых людей или людей с ограниченными физическими возможностями, ученые уже давно обеспокоены попыткой спроектировать экзоскелеты, которые могли бы сделать ходьбу легче, но главный барьер на пути к достижению этой цели была трудность того, как улучшить ходьбу без добавления внешнего источника питания.

Еще одна проблема при проектировании такого устройства была в том, что размещение тяжелых предметов на ногах создает первоначальное неудобство, что увеличивает затраты энергии.

Следовательно, многие инженеры, которые работали с этим понятием на протяжении десятилетий, были убеждены, что такой проект был невозможен.

У исследователей ушло 8 лет, чтобы решить проблему, которой уже более 100 лет

Хотя этот вид разработки проделал длинный путь с 1890-х, когда изобретатели сначала попытались повысить эффективность ходьбы при помощи круглых резинок, ток, неприведенной в действие модели экзоскелета были неспособны сократить энергетические расходы. Многие до сих пор не уверены, эффективны ли известные бегущие «лезвия», которые носят спортсмены с ограниченными возможностями, такие как Оскар Писториус.

Сейчас, в журнале Nature, исследователи Карнеги Меллона и штата Северная Каролина описывают, как они потратили 8 лет на разработку своего нового, пассивного экзоскелета, который был задуман на доске соавторами Стив Коллинз и Грег Савицкий, когда они вместе были аспирантами в Мичиганском университете в 2007 году.

Коллинз, доцент кафедры машиностроения в университете Карнеги-Меллон, говорит:

«Ходьба более сложна, чем Вы могли бы думать. Все знают, как идти, но Вы фактически не знаете, как Вы идете».

Ключом к успеху нового проекта стало пристальное внимание исследователей к тому, как устройство может разгрузить икроножную мышцу, когда она не занимается производительным трудом.

Команда интересовалась исследованиями отображения ультразвука, которые показали, что икроножная мышца проявляет энергию не только, когда она движет тело вперед, но и когда он держит ахиллово сухожилие тугим – уподобляется исследователями к «действию сцепления».

Как решить проблему с икроножной мышцей, постоянно производящей силу

«Исследования показывают, что икроножные мышцы, прежде всего, производят силу изометрически, не делая никакой работы, во время фазы опоры ходьбы, но еще через значительную метаболическую энергию, – объясняет Коллинз. – Это – противоположность регенеративного торможения. Это как если каждый раз, когда Вы нажимаете на педаль тормоза в Вашем автомобиле, Вы сжигаете немного газа».

Поэтому, Коллинз, Савицкий и коллега М. Брюс Виггин проектировали свой экзоскелет, чтобы «разгрузить» часть икроножного зажима мышцы силой, которую они сочли уменьшением общей скорости метаболизма. Чтобы снизить энергетические затраты размещения тяжелых объектов на ногах, они вылепили экзоскелет, использующий сверхлегкий материал – еще «прочный и функциональный» – углеволокно.

Коллинз считает, что экзоскелет может быть особенно полезен для людей с постоянными последствиями инсульта. «Мы все еще далеки от этого, – признает он, – но мы, безусловно, планируем попробовать».

Команда намерена испытать экзоскелет среди людей с различными ограниченными физическими возможностями, чтобы они могли лучше адаптировать дизайны для разных групп пациентов.

«Поскольку мы понимаем человеческую биомеханику лучше, мы начали видеть пригодные автоматизированные устройства, которые могут восстановить или увеличить человеческую моторную работу, – говорит Коллинз. – Это служит хорошим предзнаменованием для будущего с устройствами, которые являются легкими, энергосберегающими и относительно недорогими, но увеличивающими человеческую подвижность».


ВКонтакт Facebook Google Plus Одноклассники Twitter Яндекс Livejournal Liveinternet Mail.Ru