Os humanos nasceram para correr. Exoesqueletos podem nos tornar melhores nisso.

Novas pesquisas sobre exoesqueletos de tornozelo mostram resultados promissores.

homem correndo pela calçadaFoto: Getty Images
  • Uma nova pesquisa de Stanford descobriu que exoesqueletos de tornozelo movidos a motor conservam 15% do gasto de energia durante a corrida.
  • Exoesqueletos movidos a mola sem motores dificultavam a corrida.
  • Os pesquisadores esperam desenvolver melhores modelos movidos a mola daqui para frente.

Os humanos nasceram para correr, como jornalista e fanático por corrida Christopher McDougall formulou . O bipedismo oferece muitas vantagens sobre os quadrúpedes, incluindo a capacidade de se comunicar melhor em distâncias mais longas e habilidades cardiovasculares aprimoradas. Os humanos são relativamente sem brilho em distâncias curtas; uma vez que nossos órgãos não colidem com os pulmões quando corremos, como acontece com os quadrúpedes, somos maratonistas mestres.



Ainda existem compensações. Graças à nossa postura ereta, temos o pescoço fraco - desequilíbrios em nossos tornozelos e joelhos costumam causar problemas no pescoço. Mais abaixo na cadeia, correr pode causar problemas crônicos nos joelhos e rupturas no lábio; Sofri as duas coisas enquanto treinava para meias maratonas. A força de impacto de golpes repetitivos pode resultar em problemas crônicos na parte inferior das costas, especialmente se os corredores não se alongam e praticam rotinas de mobilidade. Gastamos muita energia ao correr; nosso corpo paga o pedágio.



Ainda assim, correr é uma atividade natural que, de acordo com McDougall, excita os sentidos evolutivos de medo e prazer profundamente enraizados em nossa biologia. Pena que nossa anatomia nem sempre esteja de acordo.

Os pesquisadores há muito buscam novos meios para aliviar a produção de energia durante a corrida. Um fascinante novo estudo em emuladores de exoesqueleto, publicado na revista Ciência Robótica , pode ter nos levado um passo mais perto.



Quando Livro de McDougall foi publicado em 2009, mais americanos estavam concorrendo. Como os pesquisadores (baseados em Stanford, mas incluindo especialistas de Carnegie Mellon, Ghent University e Nike) neste novo estudo observaram, apenas 25% dos americanos com idade entre 18 e 29 relataram correr pelo menos uma vez em 2018. A participação de adultos entre 30 e 49 anos caiu 20 por cento naquele ano. Eles citam compromissos de tempo e associações negativas a serem exercidas como duas causas principais. Dada a alta probabilidade de lesões devido à corrida, faz sentido que haja hesitação.

Pesquisadores de Stanford descobriram que o exoesqueleto do tornozelo torna a corrida mais fácil

A mentalidade é importante. Correr é um direito de nascença e oferece um ótimo condicionamento cardiovascular. No entanto, deve haver alguma empolgação em torno disso. Como McDougall escreve, 'se você pensava que [correr] era apenas um meio para um fim - um investimento para se tornar mais rápido, magro e rico - então por que continuar se não estivesse recebendo quo suficiente para seu dinheiro?'

Você tem que amor correndo para se dedicar a isso. Se você está com dor, isso é uma tarefa difícil.



Os pesquisadores testaram dois modos de assistência de corrida: exoesqueletos movidos a motor e baseados em molas. Um exoesqueleto é um esqueleto externo que sustenta o corpo de um animal, como insetos e moluscos. Em termos humanos, eles são dispositivos caros projetado para diminuir a fadiga. Neste estudo, exoesqueletos de tornozelo foram amarrados a motores enquanto os voluntários corriam em uma esteira.

Onze corredores competitivos foram divididos em três grupos: um grupo de 'potência otimizada', o grupo baseado em motores que aumentava as passadas dos corredores; 'otimizado como uma mola', o grupo que usa o exoesqueleto sem força motora; e o grupo de controle, 'modo de torque zero', corredores vestindo um exoesqueleto sem nenhum dos recursos iniciados. Um elemento de controle final foram os corredores vestindo um tênis neutro sem exoesqueleto.


A assistência otimizada tipo mola e com potência otimizada resultou em reduções metabólicas de 2,1 e 24,7%, respectivamente, em comparação com o modo de torque zero, durante a execução de 2,7 m s − 1. A assistência otimizada com motor resultou em uma melhora na economia de corrida de 14,6% em comparação com a corrida com calçados normais, enquanto a assistência otimizada tipo mola resultou em um aumento de 11,1% no custo de energia da corrida. Barras de erro indicam SD. * P <0.05.

Kirby A. Witte, et al.

Os motores são um componente importante. Usar um exoesqueleto com o motor desligado aumentou a demanda física em 13%. Com os motores ronronando, a demanda era 15 por cento menor do que quando operando sem um exoesqueleto.

Os exoesqueletos baseados em molas não se saíram tão bem, pois aumentaram a produção de energia em 11 por cento do que correr sem o equipamento. Steve Collins de Stanford, principal autor do artigo, ficou surpreso com o resultado, anotando ,

'Quando as pessoas correm, suas pernas se comportam muito como uma mola, por isso ficamos muito surpresos ao ver que a assistência semelhante a uma mola não foi eficaz. Todos nós temos uma intuição sobre como corremos ou andamos, mas mesmo os principais cientistas ainda estão descobrindo como o corpo humano permite que nos movamos com eficiência. '

(A) Banco de teste do emulador de exoesqueleto. Um participante corre em uma esteira enquanto usa exoesqueletos bilaterais de tornozelo acionados por motores localizados fora da placa com energia mecânica transmitida por cabos flexíveis Bowden. (B) Exoesqueleto do tornozelo. O exoesqueleto do tornozelo é preso ao usuário por uma tira acima da panturrilha, uma corda através do calcanhar do sapato e uma placa de fibra de carbono embutida na ponta do sapato. O cabo Bowden interno termina em uma espora de titânio impressa em 3D que é instrumentada com medidores de tensão para medição direta do torque aplicado. Um codificador magnético mede o ângulo do tornozelo. (C) Participante correndo na esteira com exoesqueletos bilaterais de tornozelo. Os dados metabólicos são coletados por meio de um sistema respiratório medindo o conteúdo de oxigênio e dióxido de carbono dos gases expirados do participante.

Kirby A. Witte, et al.

Do lado positivo, os exoesqueletos baseados em molas são muito mais baratos do que os modelos baseados em motores. Os pesquisadores esperam projetar um modelo mais eficiente em termos de energia. Modelos movidos a motor funcionam muito bem quando amarrados a esteiras, mas não são realistas para corredores de estrada e trilha, então uma versão acessível baseada em mola seria uma benção para corredores ao ar livre.

Exoesqueletos baseados em molas imitam a primavera natural da corrida. Tal como acontece com nosso padrão normal de corrida, ele armazena energia apenas para liberá-la ao empurrar com os dedos dos pés. Com a ajuda de um motor, o pé consegue se estender no tornozelo no final do passo. Não exatamente o Homem de Ferro, mas como estudante de graduação em Stanford Delaney Miller diz desses ensaios,

a melhor invenção de todos os tempos

A assistência elétrica diminuiu muito a carga de energia dos músculos da panturrilha. Foi muito elástico e saltitante em comparação com a corrida normal. Falando por experiência, isso é muito bom. Quando o dispositivo está fornecendo essa assistência, você sente que pode funcionar para sempre. '

Collins diz que esta é uma das maiores melhorias na economia de energia já feitas na corrida. Provavelmente não afetará muito os maratonistas profissionais, mas para corredores novatos ou suscetíveis a lesões, pode aliviar a dor e diminuir alguns segundos do seu tempo em milhas.

Sim, os humanos nasceram para correr. Acontece que alguns de nós apenas fazem isso um pouco melhor com ajuda. Se exoesqueletos com preços ao consumidor chegarem ao mercado, as estatísticas sobre entusiastas de corrida podem oscilar em uma direção ascendente. Se o resultado for a diminuição do gasto de energia, o que por extensão diminui o risco de lesões, é uma vitória para todos nós, bípedes.

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Fique em contato com Derek no Twitter e Facebook . Seu próximo livro é 'Hero's Dose: The Case For Psychedelics in Ritual and Therapy.'

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