Treppide värskendamise proovimine on nagu ratta leiutamine: ajaproovile vastupidava lihtsa kujunduse parandamine pole lihtne ülesanne. Vigastuste või piiratud liikumisvõimega inimeste jaoks pole aga ka trepist üles ronimine kerge ülesanne. Treppide navigeerimise füüsikat häkkides on biomehaaniliste teadlaste meeskond leiutanud prototüübi, mis aitaks treppe ja nende kasutajaid uutesse kõrgustesse viia.
Seotud sisu
- Kunst kui teraapia: kuidas loovalt vananeda
"Minu emale meeldib kurta, et ta on tõesti aktiivne ja suudab kõndida pikki vahemaid, kuid treppidel on igal korral raskusi nendega ronimisega, " ütleb Georgia tehnikainstituudi arvutiteaduse professor Karen Liu.
Liu, kes on ka uue trepi prototüüpi kirjeldava uuringu PLOS ONE uuringu vastav autor, tunnistas, et treppidest ronimist peetakse eakate või vigastatute jaoks üheks kõige raskemaks tegevuseks. Isegi siis, kui inimesed on muidu füüsiliselt terved ja liikuvad, on treppidel navigeerimise võime kaotamine sageli otsustav tegur, mis sunnib inimesi kodust välja minema ja abistatavatesse elukohtadesse.
Uus treppide prototüüp kasutab energiat trepist alla laskudes ja taaskasutab seda tagasiteel, et kasutajatele hoogu juurde anda. See töötab, kuna vastupidiselt intuitiivselt raiskavad inimesed rohkem energiat treppidest alla kui üles.
Trepist üles ronides muutub kogu energia, mida panite jalgade koputamiseks, potentsiaalseks energiaks - tippu jõudes olete kõrgem kui enne. Treppidest laskumine on teine lugu. Iga sammuga on teie keha sisuliselt kontrollitud languses ja energia, mida teie lihased kulutavad, et vältida põhja ebameeldivat tilka, kulutatakse. Liu arvas, et raisatud energia võiks kinni püüda ja ülespoole tõusul tagasi pöörduda.
"Mingil moel ei saanud ma sellist seadet luua, " ütles Liu. Arvutiteadlasena oli tal hea idee, kuid prototüübi tegelik moodustamine polnud võimalik. Ta pöördus Emena ülikooli biomeditsiinitehnika professori ja inimese kineetika eksperdi Lena Tingi poole. "Keegi ei tunne liikumist paremini kui Lena, " ütleb ta. Koos Tingi toonase järeldoktor Yun Seong Songiga panid nad oma pead kokku ja viimistlesid kujundust.
Nende üllatuseks oli ratta uuesti leiutamine käkitegu. "See polnud nii keeruline, kui ma arvasin, et see saab olema, " ütleb Song. „Meie eesmärk oli lihtsus - me ei otsinud väljamõeldud robotit, mis suudaks liikuda, rääkida ja teha häid otsuseid.“ Nad üritasid lihtsalt tungida mehaanikasse, mis juhtub juba iga kord, kui trepist üles või alla lähete.
Iga prototüübi energiat taaskasutavate abitreppide iga turvis on kinnitatud vedrude külge. Teel trepist alla surub iga astme rõhk liikuva platvormi alla, surub vedrud kokku ja lukustab turvise elektromagnetilise lukuga oma kohale. Tihendatud vedrud haaravad ja hoiavad kinni energiat, mis muidu hajuks. Tagasiteel tajub iga turvise manomeeter jalga, vabastab luku ja vedrud vabastavad energiat, mis aitab tõusta tõusu.
"Ma arvasin, et see ei saa kuidagi toimida, " meenutab Ting. Vedrudega laaditud sammud tõid meelde visioone katapuldidest või pildistamistest. See on hea, kui olete olümpiavõitja, kuid mitte siis, kui olete eakas või vigastatud inimene, kes lihtsalt üritab teid ülakorrusele suunata.
Nad läbisid mitu vedrukujundust ja asusid õrnale pikendusvedrule. Kui seisate liikumatult nende uutel treppidel, ei pea te muretsema selle pärast, et teid järgmisele maandumisele katapulteeritakse. Alles liikvel olles aitavad spinderdatud platvormid õrnalt teie jalga järgmisele tasemele. "See aitab teid ainult siis, kui liigute aktiivselt üles või alla, see ei saa teid ümber lükata, " ütleb Ting.
Nende treppidest alla kõndides on tunne, nagu kõnniksid väga pehme pinnasega mäest alla, ”ütleb Song. “See on nagu oleks teil igal sammul padi ja mööda alla kõndides pritsite neid. Te tunnete, et gravitatsioon on madal. ”Seda aistingut oli laborisse toodud katseisikute jaoks lihtne valitseda.
Teisalt üles minnes: “See on nii, nagu keegi tõstab tegelikult teie jalga, ” ütleb Song. Kõik on vihmas vihmast läbi rohunud rohust rohu saanud, kuid tunnete sammudest üles kõndides kummituslikku abi? See võtab veidi harjumist. Pärast üle 300 proovisõidu ei teatanud nad siiski, et neil oleks probleeme ohutusega. Samuti kasutasid nad liigese aktiivsuse mõõtmiseks andureid ja näitasid, et abistavate treppidelt üles tõusmine nõuab oluliselt vähem tööd kui tavalistele treppidele kulutatud. Veelgi enam, nende prototüüp tuleb kokku murdosa hinnaga lifti või trepikäsipuuri paigaldamise hinnast.
Nende paljutõotavate tulemustega loodab meeskond saada toote, mida saaks turustada, et muuta eakate või vigastatute elu lihtsamaks. “Energia ringlussevõtu trepid on suurepärane idee, ” ütleb Carnegie Melloni ülikooli mehaanikainseneri professor Steve Collins, kes uuringuga ei tegelenud.
"Meie lihased on hämmastavad asjad, " ütleb Collins. Nad muutuvad tugevamaks, et need vastaksid meie vajadustele, neil kulub kütust, mida meie keskkonnast tarnime, ja nad ravivad ennast. "Kõigile inseneridele meeldiks, kui nad saaksid mõnda neist asjadest teha, " ütleb ta, kuid kõigi nende suurepäraste võimaluste osas on lihastel energia ringlussevõtt üks. Selle uue trepiga on Collins öelnud, et leiutajad on füüsikat häkkinud, et teha seda, mida meie lihased ei suuda. "Nad hõivavad ja annavad teile energiat tõhusalt tagasi."
Kuna treppe on lihtne ja odav paigaldada, arvab Collins, et need võiksid lubada vanematel või piiratud liikumisvõimega inimestel oma kodudes natuke kauem viibida. "See võib paljudele inimestele tõesti midagi muuta, " ütleb ta. "Mõne väikese näpuga ... arvan, et see võiks olla hea toode."
Liu ja tema meeskond on abistavate treppide peal ajutise patendi saanud, kuid nende leiutise turustamine sõltub huvist. Neil on palju ideid ja nad võiksid isegi oma treppidele rakendada hulga uusi funktsioone, näiteks salvestatud energia salvestamiseks muude rakenduste jaoks. Selle asemel, et aidata näiteks treppidest üles tõusta, võiksid nad kasutada mehhanismi, mis võiks selle energia suunata mobiiltelefoni laadimiseks.
Järgmisena arendab nende dokk lihtsalt treppide komplekti, mis põhineb olemasoleval prototüübil. Päeva lõpuks on nende eesmärk aidata liikumispuudega inimestel jääda oma kodudesse. Liu rääkis, et näitas emale oma prototüübi treppe. "Tema kommentaar oli:" Noh, sul oli parem kiirustada. ""
