Канадские инженеры разработали экзоскелет, который помогает ногам при ходьбе, снижает энергозатраты человека и выступает как генератор, вырабатывая электроэнергию.
Под экзоскелетом понимают устройство, надеваемое на тело который увеличивает возможности человека, но также есть исследования, посвященные экзоскелетам для отдельных конечностей, например для ног.
Они различаются по предназначению: обычно разработчики пытаются уменьшить метаболические затраты человека на ходьбу или бег, но есть и экзоскелеты для ускорения ходьбы. Для снижения нагрузки используют пассивные конструкции, которые либо связывают движения ног и переносят энергию между фазами ходьбы, либо самостоятельно помогают в определенные фазы, а также активные, которые делают это при помощи электромоторов. Но есть наработки, в которых экзоскелет использовали для выработки электричества при ходьбе.
Группа канадских инженеров под руководством Майла Шепертицкого и Цинго Ли из Университета Куинс в Кингстоне совместили преимущества предыдущих устройств, разработав пассивный экзоскелет, снижающий метаболические затраты на ходьбу и вырабатывающий энергию.
Экзоскелет закреплен на лямках от рюкзака и надевается на спину, а его масса составляет чуть более килограмма. От него вниз отходят два троса, которые крепятся на ногах выше лодыжки.
Со стороны экзоскелета тросы крепятся к катушкам с муфтой свободного хода и спиральной пружиной, стремящейся вернуть трос после размотки катушки. Катушки также соединены с общим генератором, который вырабытывает во время их вращения электрический ток.
Во время фазы переноса нога разматывает катушку и тем самым раскручивает генератор. Также в этот момент экзоскелет усиливает разгибающий момент в колене и помогает ноге тормозить в финальной части фазы переноса, способствуя эксцентрическому сокращению мышц. А во время фазы опоры из-за муфты свободного хода нога не испытывает почти никакого влияния экзоскелета и тросы свободно наматываются на катушку под действием пружин.
Исследователи провели испытания экзоскелета на 10 добровольцах, которые ходили по беговой дорожке, а также надевали датчик измерения интенсивности дыхания, позволяющим определить метаболические затраты. Испытания показали, что экзоскелет в среднем снизил метаболические затраты на 2,5 процента по сравнению с обычной ходьбой. Одновременно с этим он вырабатывал электрический ток, мощность выработки составила 0,25 ватт.
Также авторы протестировали другой режим ходьбы, при котором мощность составила 0,53 ватт, но в таком случае метаболические затраты повышались.