Bionický exoskelet na noze ulehčuje lidskou chůzi

Dr. Greg Sawicki s exoskeletem

Výzkumníci z Carnegie Mellonovy univerzity a ze Státní univerzity v Severní Karolíně vytvořili bionický kotníkový nástavec, který významně snižuje energetické nároky na lidskou chůzi. Celá tato lehká ergonomická pomůcka navíc pracuje v ryze pasivním režimu, tedy nevyžaduje ke své činnosti žádný zdroj energie.

Většina pohybových nebo podpůrných bionických exoskeletů, existujících v oblasti medicíny nebo v oblasti různých průmyslových aplikací, se vyznačuje velkou složitostí a nákladností. Rehabilitační nebo sílu zvyšující exoskelety obsahují většinou spoustu baterií, motorů nebo hydrauliky a jsou drahé. Výzkumníci z Carnegie Mellonovy univerzity a ze Státní univerzity v Severní Karolíně však nyní vytvořili jednoduchý externí nástavec na kotníkovou část nohy, jakousi externí botu, která svému uživateli ušetří při chůzi asi 7% obvykle vynakládané energie. Tato podpora chůze je vlastně ekvivalentní situaci, kdy si člověk sundá ze zad hypotetický pětikilogramový batoh.

Lidská chůze je sama o sobě poměrně složitá činnost, jejíž detaily si na základní úrovni prakticky neuvědomujeme, přesto každý z nás chůzi rutinně zvládá. Díky přírodnímu výběru je mechanismus chůze do značné míry energeticky optimalizován, ale to neznamená, že neexistuje inženýrský způsob, jak ušetřit ještě nějaké další množství energie. Například na rozdíl od brzd v autě, které umějí zabrzdit vůz zcela bez nároků na vynaloženou energii, svaly analogickou funkci při zpomalování chůze nezvládají. I napjatý statický sval totiž spotřebovává jistý díl metabolizované energie. Autoři “externí boty” Greg Sawicki a Steven Collins nedávno popsali její stavbu a funkci v časopisu Nature. Její princip je odvozen z analýzy dynamiky lidského kotníku. Svaly, šlachy a klouby na noze fungují spíše jako spojky a pružiny než jako motory.

Bionický exoskelet ulehčuje lidskou chůzi

Klíčová část funkce “externí boty” spočívá ve vnějším posílení či paralelním přemostění úseku, který souvisí s činností Achillovy šlachy, pomocí pružiny. Díky tomu se příslušné partii kotníkové nebo lýtkové části nohy odlehčí a kromě ušetření energie je také dosaženo menšího namáhání této části organismu. To může být výhodné pro rehabilitaci nemocných, pro lidi s nějak omezenou mobilitou, pro dálkové chodce nebo pro maminky, nosící malé děti.

Zdroje: Phys.Org, Popular Science, Nature