Ученые изучают походку человека
Люди и некоторые наши человекообразные предки, такие как Homo erectus (человек прямоходящий) ходят уже более миллиона лет, и сейчас исследователи на пороге понимания того, как мы это делаем. Было неясно, как человек занимается рутинной работой, считая умение ходить само собой разумеющимся, не говоря уже о беге.Однако исследования, опубликованные в прошлом месяце в журнале Journal of Experimental Biology, описывающие особое взаимодействие между лодыжкой, коленом, мускулами и сухожилиями, улучшает понимание того, как нога движется вперед таким образом, что при максимальном движении, затрачивается минимальное количество энергии.
Как говорят исследователи из Инженерного колледжа при Государственном университете штата Орегон (США), данное исследование может найти применение в улучшении протезов для конечностей. Позже более полное понимание этих принципов может привести к созданию ходящих или бегающих роботов, гораздо более подвижных и энергоэкономичных чем те, что мы имеем сейчас.
«Походка человека – невероятно сложный процесс, и мы до сих пор не полностью понимаем его принципы», - говорит Джонатан Херст (Jonathan Hurst), профессор инженерной механики Университета штата Орегон и эксперт по роботам, передвигающимся с помощью ног. Ходьба похожа на пассивное падение, и в этом заключается эффективность этого умения. Существующие на сегодняшний день роботы ходят совсем не так как люди, им не хватает эффективности движения и ловкости.
«Когда мы полностью поймем, что именно происходит с ногой человека, мы сможем создавать роботов, которые будут работать намного лучше», - добавляет Херст.
Исследователи уже давно наблюдали нечто вроде «толчка» во время отрыва ноги от земли, но не совсем понимали, как это происходит. Однако, похоже теперь ситуация изменилась. В исследовании делается вывод, что у этого движения есть две стадии. Первая стадия – стадия «облегчения», во время которой с задней ноги снимается нагрузка. Затем идет стадия «запуска», во время которой колено сгибается, позволяя быстро высвободить запасенную в сухожилиях энергию упругости: это похоже на запуск катапульты.
«Мы вычислили, что могут сделать мышцы, и выяснили, что этого недостаточно для создания такого мощного толчка. Таким образом, нам пришлось искать некий усиливающий механизм», - говори Даниэль Раньевски (Daniel Renjewski), научный сотрудник с ученой степенью из лаборатории динамической робототехники Орегонского университета.
«Согласованная работа колена и лодыжки является решающим фактором. И в противоположность предположениям некоторых других исследователей, энергия катапульты лодыжки используется только для маха ногой и не тратит при этом большого количества энергии для движения вперед», - говорит он.
Ходячие роботы этого не делают. Многие из них используют силу бедра для «маха» ногой вперед. Этот способ работает, но он ни энергоэкономичен ни быстр. А для расширения сферы использования мобильных роботов энергия – это критически важный фактор, говорят исследователи.
«Нам предстоит пройти долгий путь, прежде чем ходячие роботы будут использовать так же мало энергии, как животные. Но подобные исследования приближают нас к этому», - говорит Херст.
Исследование финансируется немецким научно-исследовательским обществом. Лаборатория динамической робототехники финансируется программой The Human Frontier Science Program, Национальным научным фондом и Агентством передовых оборонных исследовательских проектов. Лаборатория помогла создать некоторые ведущие технологии в мире роботов, которые могут ходить и бегать.
Одна из моделей роботов может пробежать около 1,6 км за девять минут и спускаться по лестнице, а другие модели еще более продвинутые. Роботы, которые могут ходить и маневрировать на неровной земле, в конце концов, найдут свое применение в протезировании конечностей, создании экзо-скелетов в помощь людям со слабой мускулатурой, для военных целей, ликвидации последствий стихийных бедствий и в других опасных ситуациях.
По материалам пресс-релиза Университета.
Егор Яковлев nauka21vek.ru