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Salto delante de la naturaleza: Eficacia que camina de los aumentos del dispositivo

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Ha llevado millones de años para que los seres humanos perfeccionen el arte de caminar. Pero los resultados de investigación demuestran que los seres humanos pueden conseguir mejor “kilometraje de gas” usando un exoesqueleto unpowered para modificar la estructura de sus tobillos.

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El dispositivo pone un resorte adicional en cada paso humano, reduciendo el consumo de energía metabólica por el 7 por ciento debajo de caminar en zapatos atléticos normales. El encontrar puede beneficiar a amba gente sana que esté con frecuencia en sus pies -- piense en la infantería militar o los bebé-nacidos en el baby-boom atléticos, por ejemplo -- así como los que han sido víctimas del movimiento o de otras debilitaciones del paso.

Para conseguir una ventaja sobre la naturaleza, los investigadores de la universidad de estado de Carolina del Norte y de la universidad del Carnegie Mellon probaron la eficacia de un dispositivo ligero de la bajo-pierna que utiliza un sistema del resorte y del embrague que trabaja con los músculos del becerro y el tendón de Achilles mientras que camina la gente. El aerodinámico, dispositivo de la carbón-fibra pesa alrededor tanto como un holgazán normal -- alrededor 500 gramos, o un poco más que una libra -- y no se motoriza, así que no requiere ninguna energía de las baterías o de otras fuentes externas del combustible.

“El exoesqueleto unpowered es como una catapulta. Tiene un resorte que mímico la acción de su tendón de Achilles, y trabaja paralelamente a sus músculos del becerro para reducir la carga puesta sobre ellos,” dijo al Dr. Gregorio Sawicki, ingeniero biomédico y fisiólogo de la locomoción en el estado del NC del empalme/la universidad del departamento del norte de la colina de la Carolina-Capilla de ingeniería biomédica que co-authored el papel. “El embrague es esencial dedicar el resorte solamente mientras que el pie está en la tierra, permitiendo que almacene y después que lance energía de elástico. Más adelante él automáticamente desembarazos para permitir el movimiento libre mientras que el pie está en el aire.”

Los participantes del estudio -- nueve adultos sanos -- ató con correa los dispositivos del exoesqueleto en ambas piernas y caminó a una velocidad normal en una rueda de ardilla después de terminar un cierto entrenamiento de la práctica. Los mismos temas también caminaron sin los exoesqueletos para una comparación de la línea de fondo.

Los investigadores probaron exoesqueletos con los resortes que variaron en tiesura. Como las gachas de avena del oso del bebé en la historia de Goldilocks, el resorte que proporcionó la mayoría de la ventaja era moderado tiesa. El caminar con los exoesqueletos con los resortes que eran también stiff o demasiado obedientes dados lugar a los costes energéticos normales o del alto-que-normal para los participantes.

“Una reducción del 7 por ciento en coste energético es como el lanzamiento de un morral de 10 libras, que es significativo,” Sawicki dijo. “Aunque es asombrosamente que podíamos alcanzar esta ventaja sobre un sistema formado fuertemente por la evolución, este estudio demuestra que todavía hay mucho aprender sobre la biomecánica humana y un comportamiento aparentemente simple como caminar.”

“Algún día pronto podemos tener simple, el peso ligero y exoesqueletos relativamente baratos para ayudarnos a conseguir alrededor, especialmente si el envejecimiento nos hemos retrasado lesión o,” dijimos al Dr. de papel Steven Collins, ingeniero industrial y roboticist del co-autor de la universidad del Carnegie Mellon.

El Dr. Bruce Wiggin, estudiante de tercer ciclo anterior del estado del NC, co-authored el papel. La financiación fue proporcionada por concesiones a Sawicki del fondo de la investigación de la facultad del estado del NC y de desarrollo del profesional; el fondo de innovación de los cancilleres del estado del NC; Grant No. 2011152 fundación de la ciencia de los E.E.U.U. - Israel Binational; y número R01NR014756 de la concesión del instituto nacional de la investigación del oficio de enfermera de los institutos nacionales de la salud. También fue apoyada por el National Science Foundation debajo de Grant No. IIS-1355716 a Collins.