La corsa è un ottimo esercizio, ma non tutti si sentono benissimo nel farlo. Nella speranza di aumentare l'attività fisica e possibilmente di creare una nuova modalità di trasporto, gli ingegneri della Stanford University stanno studiando dispositivi che le persone potrebbero legare alle gambe per facilitare la corsa.

In esperimenti con sistemi a motore che imitano tali dispositivi, chiamati emulatori di esoscheletri, i ricercatori hanno studiato due diverse modalità di assistenza alla corsa:assistenza a motore e assistenza a molla. I risultati, pubblicato il 25 marzo in Robotica scientifica , erano sorprendenti.

Il semplice atto di indossare un esoscheletro che è stato spento ha aumentato il costo energetico della corsa, rendendolo il 13% più difficile che correre senza l'esoscheletro. Però, gli esperimenti hanno indicato che, se opportunamente alimentato da un motore, l'esoscheletro ha ridotto il costo energetico della corsa, rendendo il 15% più facile rispetto alla corsa senza l'esoscheletro e il 25% più facile rispetto alla corsa con l'esoscheletro spento.

In contrasto, lo studio ha suggerito che se l'esoscheletro fosse alimentato per imitare una molla, c'era ancora un aumento della domanda di energia, rendendolo l'11% più difficile rispetto all'esecuzione senza esoscheletro e solo il 2% più facile rispetto all'esoscheletro non alimentato.

"Quando le persone corrono, le loro gambe si comportano molto come una molla, quindi siamo rimasti molto sorpresi che l'assistenza primaverile non fosse efficace, " ha detto Steve Collins, professore associato di ingegneria meccanica a Stanford e autore senior dell'articolo. "Abbiamo tutti un'intuizione su come corriamo o camminiamo, ma anche i principali scienziati stanno ancora scoprendo come il corpo umano ci consente di muoverci in modo efficiente. Ecco perché esperimenti come questi sono così importanti".

Se i progetti futuri potessero ridurre il costo energetico di indossare l'esoscheletro, i corridori possono ottenere un piccolo beneficio dall'assistenza primaverile alla caviglia, che dovrebbe essere più economico delle alternative a motore.

Potenzia il tuo passo

Il telaio dell'emulatore di esoscheletro della caviglia si avvolge intorno allo stinco dell'utente. Si attacca alla scarpa con una corda annodata sotto il tallone e una barra in fibra di carbonio inserita nella suola, vicino alla punta. I motori situati dietro il tapis roulant (ma non sull'esoscheletro stesso) producono le due modalità di assistenza, anche se un esoscheletro a molla non utilizzerebbe effettivamente i motori nel prodotto finale.

Come il nome suggerisce, la modalità a molla imita l'influenza di una molla che corre parallela al polpaccio, immagazzinando energia durante l'inizio del passo e scaricando quell'energia mentre le dita dei piedi spingono fuori. In modalità alimentata, i motori tirano un cavo che attraversa la parte posteriore dell'esoscheletro dal tallone al polpaccio. Con un'azione simile al cavo del freno di una bicicletta, tira verso l'alto durante lo stacco per aiutare a estendere la caviglia alla fine di un passo in esecuzione.

"L'assistenza elettrica ha tolto gran parte del carico energetico dei muscoli del polpaccio. Era molto elastico e molto elastico rispetto alla corsa normale, " ha detto Delaney Miller, uno studente laureato a Stanford che sta lavorando su questi esoscheletri e aiuta anche a testare i dispositivi. "Parlando per esperienza, che si sente davvero bene. Quando il dispositivo fornisce tale assistenza, ti senti come se potessi correre per sempre."

Undici corridori esperti hanno testato i due tipi di assistenza durante la corsa su un tapis roulant. Hanno anche completato i test in cui indossavano l'hardware senza che nessuno dei meccanismi di assistenza fosse attivato.

Ogni corridore ha dovuto abituarsi all'emulatore di esoscheletro prima del test e il suo funzionamento è stato personalizzato per adattarsi al ciclo e alle fasi della deambulazione. Durante le prove reali, i ricercatori hanno misurato la produzione energetica dei corridori attraverso una maschera che ha monitorato quanto ossigeno stavano inspirando e quanta anidride carbonica stavano espirando. I test per ogni tipo di assistenza sono durati sei minuti ei ricercatori hanno basato i loro risultati sugli ultimi tre minuti di ogni esercizio.

I risparmi energetici osservati dai ricercatori indicano che un corridore che utilizza l'esoscheletro potenziato potrebbe aumentare la propria velocità fino al 10%. Questa cifra potrebbe essere ancora più alta se i corridori hanno più tempo per l'allenamento e l'ottimizzazione. Dati i notevoli guadagni in gioco, i ricercatori pensano che dovrebbe essere possibile trasformare lo scheletro potenziato in un efficace dispositivo non legato.

Il futuro

Fornendo supporto fisico, fiducia e possibilmente maggiore velocità, i ricercatori pensano che questo tipo di tecnologia potrebbe aiutare le persone in vari modi.

"Si può quasi pensarlo come un mezzo di trasporto, " disse Guan Rong Tan, uno studente laureato in ingegneria meccanica che, come Miller, sta continuando questa ricerca. "Potresti scendere da un autobus, schiaffo su un esoscheletro, e coprire le ultime due miglia per lavorare in cinque minuti senza sudare."

"Questi sono i più grandi miglioramenti nell'economia energetica che abbiamo visto con qualsiasi dispositivo utilizzato per aiutare la corsa, " disse Collins. "Allora, probabilmente non sarai in grado di usarlo per un tempo di qualificazione in una gara, ma potrebbe permetterti di stare al passo con i tuoi amici che corrono un po' più veloci di te. Per esempio, mio fratello minore ha corso la maratona di Boston e mi piacerebbe poter stare al passo con lui".