Egzoszkielet MIT uczyni plecak lżejszym

Egzoszkielet MIT uczyni plecak lżejszym

Naukowcy z MIT skonstruowali egzoszkielet nóg, który dzięki swej konstrukcji może przenieść ładunek o wadze 36 kilogramów. Według wynalazców, prototyp jest w stanie przenieść 80 procent tej wagi pobierając przy tym ledwie tysięczną część procenta energii zużywanej przez zmotoryzowane odpowiedniki.

Celem budowy egzoszkieletu nóg jest ułatwienie ludziom dźwigania ciężkich ładunków, powiedział Hugh Herr, kierownik Biomechatronics Group z MIT, który przewodzi zespołowi badawczemu. Skonstruowanie struktur mechanicznych, które przenoszą większość ciężaru bezpośrednio na ziemię, odciążając tym samym nogi, pozwoli żołnierzom nosić cięższe plecaki bez ryzyka doznania z tego tytułu kontuzji, a także wpłynie na bardziej racjonalne wykorzystanie ich sił.

Dotąd, większość egzoszkieletów skupiało się na wykorzystaniu do przenoszenia ładunku silników. Czyniło je to nie tylko droższymi i wymagającymi zasilania, ale również hałaśliwymi, co uniemożliwiało ich wykorzystanie do wielu zastosowań militarnych.

Zespół z MIT przyjął strategię quasi pasywną. System mechaniczny został tak zaprojektowany, by korzystać z ruchu nóg nosiciela i naśladować pewne techniki gromadzenia energii, z których korzystają nogi oszczędzając energie mięśni.

Gdy idziemy, energia mięśni potrzebna do poruszania naszymi nogami jest minimalna dzięki wzorowanej na zasadzie wahadła wymianie potencjalnej energii grawitacji i kinetycznej nóg. Również nasze mięśnie stosują techniki gromadzenia energii, co pozwala zminimalizować wysiłek.

Egzoszkielet MIT funkcjonuje na podobnej zasadzie. Ładunek umieszczony na plecach nosiciela jest przytwierdzony do dwóch konstrukcji przypominających nogi i poruszają się równolegle do nich. Konstrukcja ta jest wyposażona w specjalne urządzenia do magazynowania energii w kostce i biodrze oraz kolanie.

Egzoszkielet nie jest całkiem pasywny. Niewielka ilość energii jest konieczna do sterowania amortyzatorami. Rozwiązanie to jest jednak bardzo efektywne w porównaniu z konkurencyjnymi konstrukcjami. „Nasz egzoszkielet pobiera podczas chodzenia jedynie 2 waty,” – powiedział Herr. Jest to nic w porównaniu z 3 kilowatami pobieranymi przez zmotoryzowane egzoszkielety.

Jest jednak haczyk. Człowiek wyposażony w egzoszkielet zużywa o 10 procent tlenu więcej niż zużywałby niosąc ten sam ciężar bez wspomagania.

Mimo to, jest do dobry wynik. „Nie znam żadnego, aktywnego czy pasywnego, egzoszkieletu, który efektywnie wpływałby na zmniejszenie wydatku energii,” – powiedział Michael Goldfarb, kierownik Center for Intelligent Mechatronics na Vanderbilt University. Mimo, że powoduje spalanie większej ilości energii, to egzoszkielet przede wszystkim odciąża plecy i nogi.

Wprowadzenie tej technologii na rynek zajmie prawdopodobnie około dwóch lat. „Nie planujemy, póki co, spieszyć się z wejściem na rynek.” – powiedział Herr. Goldfarb przyznał, że są jeszcze kwestie, które trzeba będzie poprawić. Najistotniejszą dziś kwestia jest dobór amortyzatorów i sprężyn tak, by umożliwić efektywne poruszanie się z egzoszkieletem w możliwie najróżniejszych warunkach.

(lk)