Kan denne ankeleksoskelet hjælpe med at berøre overlevende med mobilitetsproblemer?


Kan denne ankeleksoskelet hjælpe med at berøre overlevende med mobilitetsproblemer?

Forskere fra Carnegie Mellon University i Pittsburgh, PA og North Carolina State University i Raleigh hævder, at en "ankel exoskelet", de har udviklet, reducerer de metaboliske omkostninger ved at gå med 7% - omtrent det samme som at tage en 10 lb rygsæk. Desuden er enheden helt ubeføjet.

Holdet har til hensigt at prøve eksoskeleten blandt et folk med en række mobilitetsproblemer, så de bedst kan skræddersy mønstre til forskellige patientgrupper.

Billedkredit: Stephen Thrift

Tidligere simuleringer af menneskelig lokomotion - gangen - har antydet, at når vi går på jævn jord og med jævn hastighed, skal teoretisk set ikke være nogen udgift af magt overhovedet. Men videnskabsfolk ved også, at folk bruger mere energi under gang end i nogen anden daglig aktivitet.

Da disse udgifter til energi kan forårsage problemer for ældre eller personer med mobilitetsproblemer, har forskere længe været bekymret over at forsøge at konstruere exoskeletoner, der kunne gøre gangen lettere, men den konsekvente barriere for at realisere dette har været sværhedsgraden af ​​at forbedre walking uden Tilføjer en ekstern strømkilde.

Et andet problem med at designe en sådan enhed var at placere tunge genstande på benene skaber en første straf, der øger energiforbruget.

Som følge heraf var mange ingeniører, der havde grebet med konceptet i årtier, overbevist om, at et sådant projekt var umuligt.

Forskere tog 8 år for at løse et problem, der er over 100 år gammelt

Selv om denne type teknik er kommet langt siden 1890'erne, da opfinderne først forsøgte at øge walking effektiviteten ved at bruge gummibånd, har nuværende ustyrede exoskeleton modeller ikke været i stand til at reducere energiforbruget. Biomekanikere er stadig ikke engang sikre på, om de berømte løbende "blades", der bæres af handicappede atleter som Oscar Pistorius, er mere energisk effektive end menneskelige fødder.

Nu i journalen Natur , Beskriver Carnegie Mellon og NC State forskerne, hvordan de har brugt 8 år til at udvikle deres nye unpowered exoskeleton - som først blev opfattet på en whiteboard af medforfattere Steve Collins og Greg Sawicki, mens de var kandidatstuderende sammen ved University of Michigan i 2007.

Collins, assistent professor i maskinteknik ved Carnegie Mellon, siger:

Walking er mere kompliceret end du måske tror. Alle ved, hvordan man går, men man ved faktisk ikke, hvordan man går."

Nøglen til succesen med det nye projekt var den omhyggelige opmærksomhed, forskerne betalte for, hvordan en enhed kunne være i stand til at lindre kalvemuskelen, da den ikke var involveret i produktivt arbejde.

Holdet var interesseret i ultralydsbilledstudier, der viste, at kalvemuskelen udøver energi, ikke kun når den fremdriver kroppen fremad, men også når den holder akillessenen stramt af forskerne til en "koblingshandling".

Hvordan man løser problemet med kalvemusklen producerer konstant kraft

"Undersøgelser viser, at kalvemusklerne primært producerer kraft isometrisk uden at gøre noget arbejde i løbet af stillingsfasen med at gå, men bruger stadig betydelig metabolisk energi," fortæller Collins. "Dette er det modsatte af regenerativ bremsning. Det er som om hver gang Du skubber på bremsepedalen i din bil, du brænder lidt gas."

Derfor udviklede Collins, Sawicki og kollega M. Bruce Wiggin deres eksoskelet til at "aflaste" nogle af kalvens klaprende muskelkraft, som de fandt reduceret den generelle metaboliske hastighed. For at reducere energibesparelsen ved at placere tunge genstande på benene, formede de exoskelettet ved hjælp af ultralette - dog "robuste og funktionelle" carbonfibre.

Du kan se exoskeleton i aktion i videoen nedenfor.

Collins mener, at exoskeletet kan være særligt gavnligt for mennesker med permanent eftervirkninger af slagtilfælde. "Vi er stadig lidt veje væk fra at gøre det," indrømmer han, "men vi planlægger bestemt at prøve."

Holdet har til hensigt at prøve eksoskeleten blandt et folk med en række mobilitetsproblemer, så de bedst kan skræddersy mønstre til forskellige patientgrupper.

"Da vi forstår den menneskelige biomekanik bedre, er vi begyndt at se bærbare robotanordninger, der kan genskabe eller forbedre menneskers motoriske ydeevne," siger Collins. "Dette passer godt til en fremtid med enheder, der er lette, energieffektive og relativt billige, Men forbedre menneskers mobilitet."

The Vietnam War: Reasons for Failure - Why the U.S. Lost (Video Medicinsk Og Professionel 2021).

Afsnit Spørgsmål På Medicin: Medicinsk praksis