Próba aktualizacji schodów przypomina wynalezienie koła: ulepszenie prostego projektu, który przetrwał próbę czasu, nie jest łatwym zadaniem. Jednak dla osób z urazami lub o ograniczonej sprawności ruchowej wspinaczka po schodach również nie jest łatwym zadaniem. Poprzez zhakowanie fizyki nawigacji po schodach zespół badaczy biomechanicznych wynalazł prototyp, który mógłby pomóc przenieść schody i ich użytkowników na nowe wyżyny.
powiązana zawartość
- Sztuka jako terapia: jak starzeć się twórczo
„Moja mama lubi narzekać, że jest naprawdę aktywna i może chodzić na duże odległości, ale za każdym razem, gdy są schody, ma trudności z wspinaniem się na nie” - mówi Karen Liu, profesor informatyki w Georgia Institute of Technology.
Liu, także autor korespondujący z badania w PLOS ONE, który opisuje nowy prototyp schodów, uznał, że wchodzenie po schodach zaliczane jest do jednej z najtrudniejszych czynności dla osób starszych lub rannych. Nawet jeśli ludzie są fizycznie zdrowi i mobilni, utrata zdolności do poruszania się po schodach jest często decydującym czynnikiem, który zmusza ludzi do opuszczenia domu i do życia w społecznościach objętych pomocą.
Nowy prototyp schodów wykorzystuje energię, gdy dana osoba schodzi po schodach, i odzyskuje ją w drodze powrotnej, aby dać użytkownikom impuls. Działa, ponieważ wbrew intuicji ludzie marnują więcej energii schodząc po schodach niż w górę.
Podczas wspinania się po schodach cała energia, którą wkładasz w podnoszenie nóg, zamienia się w energię potencjalną - kiedy dotrzesz na szczyt, jesteś wyższy niż przedtem. Schodzenie po schodach to inna historia. Z każdym krokiem twoje ciało w zasadzie spada, a energia tracona przez mięśnie, aby zapobiec nieprzyjemnemu upadkowi na dno, jest marnowana. Liu pomyślał, że zmarnowana energia może zostać przechwycona i zwrócona podczas wspinaczki w górę.
„Nie było możliwości, aby stworzyć takie urządzenie”, powiedział Liu. Jako informatyk miała dobry pomysł, ale nie mogła zbudować prototypu. Zwróciła się do Leny Ting, profesora inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Emory i eksperta w dziedzinie kinetyki człowieka. „Nikt nie zna ruchu lepiej niż Lena” - mówi. Razem z ówczesnym post-doktorantem Tingiem, Yun Seong Song, połączyli głowy i udoskonalili projekt.
Ku ich zaskoczeniu odkrycie koła było bułką z masłem. „Nie było tak trudne, jak się spodziewałem” - mówi Song. „Dążymy do prostoty - nie wybieraliśmy fantazyjnego robota, który mógłby poruszać się, rozmawiać i podejmować dobre decyzje.” Próbowali po prostu włamać się do mechaniki, która zdarza się za każdym razem, gdy wchodzisz po schodach.
Każdy stopień prototypowych schodów wspomagających recykling energii jest przymocowany do sprężyn. Po drodze schodami nacisk z każdego kroku popycha ruchomą platformę, ściska sprężyny i blokuje bieżnik za pomocą zamka elektromagnetycznego. Sprężone sprężyny wychwytują i zatrzymują energię, która w innym przypadku zostałaby rozproszona. W drodze powrotnej manometr na każdym bieżniku wykrywa stopę, zwalnia blokadę, a sprężyny uwalniają energię, która pomaga napędzać wspinaczkę.
„Myślałem, że nie ma mowy, żeby to zadziałało”, wspomina Ting. Sprężynowe kroki przywodziły na myśl wizje katapult lub proc. To dobrze, jeśli jesteś olimpijskim ptasznikiem, ale nie, jeśli jesteś osobą starszą lub ranną, próbującą przedostać się na górę.
Przeszli przez kilka projektów sprężyn i osiedlili się na delikatnej sprężynie przedłużającej. Jeśli stoisz w miejscu na ich nowych schodach, nie musisz się martwić, że zostaniesz katapultowany na następne lądowanie. Dopiero gdy jesteś w ruchu, sprężyste platformy delikatnie wspierają Twoją stopę na wyższy poziom. „Może ci tylko pomóc, gdy aktywnie wchodzisz lub schodzisz, nie może cię popychać” - mówi Ting.
Zejście po schodach „przypomina zejście ze wzgórza o bardzo miękkiej glebie” - mówi Song. „To tak, jakbyś miał poduszkę na każdym kroku, a gdy schodzisz, zgniatasz je. Czujesz małą grawitację. ”To uczucie było łatwe do opanowania dla badanych obiektów, które przynieśli do laboratorium.
Z drugiej strony: „To tak, jakby ktoś podnosił stopę” - mówi Song. Wszyscy przecisnęli się przez mokrą trawę w deszczu, ale czujesz upiorną pomoc, gdy wchodzisz po schodach? To wymaga trochę przyzwyczajenia się. Mimo to, po ponad 300 testach, nie zgłosili żadnych problemów z bezpieczeństwem. Wykorzystali także czujniki do pomiaru aktywności stawów i wykazali, że wejście po schodach pomocniczych wymagało znacznie mniej pracy niż w przypadku konwencjonalnych schodów. Co więcej, ich prototyp składa się za ułamek ceny instalacji windy lub windy schodowej.
Dzięki tym obiecującym wynikom zespół ma nadzieję, że ma produkt, który mógłby zostać wprowadzony na rynek, aby ułatwić życie osobom starszym lub rannym. „Schody do recyklingu energii to świetny pomysł”, mówi Steve Collins, profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Carnegie Mellon, który nie był zaangażowany w badania.
„Nasze mięśnie to niesamowite rzeczy” - mówi Collins. Rosną w siłę, aby zaspokoić nasze potrzeby, uciekają z paliwa, które dostarczamy im ze środowiska i same się leczą. „Każdy inżynier chciałby być w stanie zrobić niektóre z tych rzeczy”, mówi, ale pomimo wszystkich swoich niesamowitych możliwości, jedną rzeczą, w której mięśnie są złe, jest recykling energii. Collins mówi, że dzięki tym nowym schodom wynalazcy zhakowali fizykę, aby zrobić to, czego nie potrafią nasze mięśnie. „Skutecznie wychwytują i zwracają ci energię.”
Ponieważ schody są łatwe i tanie w montażu, Collins uważa, że mogą pozwolić osobom starszym lub osobom o ograniczonej sprawności ruchowej na pozostanie w swoich domach nieco dłużej. „To może naprawdę zmienić sytuację wielu ludzi” - mówi. „Z drobnymi poprawkami ... Myślę, że to może być dobry produkt.”
Liu i jej zespół mają tymczasowy patent na schody pomocnicze, ale marketing ich wynalazku będzie zależał od zainteresowania. Mają wiele pomysłów i mogą nawet wdrożyć zestaw nowych funkcji dla swoich schodów, takich jak magazynowanie przechwyconej energii do wykorzystania w innych aplikacjach. Na przykład zamiast pomagać w wchodzeniu po schodach, mogliby uzbroić mechanizm, który mógłby przesłać tę energię, aby zamiast tego naładować telefon komórkowy.
Dalej w ich dziale jest po prostu opracowanie pełnego zestawu schodów, które będą jednak oparte na istniejącym prototypie. Ostatecznie ich celem jest pomoc osobom z niepełnosprawnością ruchową w pozostaniu w domach. Liu opowiadała, pokazując mamie prototypowe schody. „Jej komentarz brzmiał:„ Lepiej się pospiesz ”.
