階段を更新しようとすることは、車輪を再発明するようなものです。時の試練に耐えたシンプルなデザインを改善することは、簡単なことではありません。 しかし、怪我や身体の不自由な人にとって、階段を登るのも簡単なことではありません。 階段ナビゲーションの物理学をハッキングすることにより、生体力学的研究者のチームは、階段とそのユーザーを新しい高みへと推進するのに役立つプロトタイプを発明しました。
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「私の母は、彼女が本当に活動的であり、長距離を歩くことができると不満を言うのが好きですが、階段があるたびに登ることが困難です」と、ジョージア工科大学のコンピューターサイエンス教授であるカレンリウは言います。
Liuは、PLOS ONEで新しい階段のプロトタイプを説明する調査の対応著者でもあり、階段を登ることは高齢者や負傷者にとって最も困難な活動の1つとしてランク付けされていることを認識しました。 個人が身体的に健康で機動性がある場合でも、階段をナビゲートする能力を失うことが、人々を家から助けられた生活コミュニティに追いやる決定的な要因であることがよくあります。
新しい階段のプロトタイプは、人が階段を降りるときにエネルギーを利用し、それをユーザーが後押しするために戻る途中でリサイクルします。 直感に反して、人々は階段を上るよりも下に行くほど多くのエネルギーを無駄にするので、それは機能します。
階段を登るとき、足を持ち上げるのに使用したエネルギーはすべて潜在的なエネルギーに変わります。上に上がると、以前よりも高くなります。 階段を降りるのもまた別の話です。 すべてのステップで、身体は基本的に制御された転倒状態にあり、筋肉が底への厄介な転倒を防ぐために消費するエネルギーは無駄になります。 uは、無駄なエネルギーを獲得し、上向きの上り坂に戻ることができると考えました。
「そのようなデバイスを作成する方法はありませんでした」とリュー氏は言います。 コンピューター科学者として、彼女は良いアイデアを持っていましたが、実際にプロトタイプを構築する方法はありませんでした。 彼女は、エモリー大学の生物医学工学の教授であり、人間の運動学の専門家であるレナ・ティンに目を向けました。 「誰もレナよりも動きをよく知っていません」と彼女は言います。 Tingの当時のポスドク研究者であるYun Seong Songと一緒に、彼らは頭を合わせてデザインを洗練しました。
驚いたことに、車輪の再発明は簡単なことでした。 「思ったほど難しくはありませんでした」とソンは言います。 「私たちはシンプルさを目指しました。移動して話し、適切な意思決定を行うことができる派手なロボットを目指していませんでした。」彼らは階段を上ったり下ったりするたびに起こるメカニズムをハックしようとしていました。
プロトタイプのエネルギーリサイクル支援階段の各踏面は、ばねに取り付けられています。 階段を降りる途中で、各足音からの圧力が可動プラットフォームを押し下げ、スプリングを圧縮し、電磁ロックでトレッドを所定の位置にロックします。 圧縮されたバネは、通常なら放散されるエネルギーを捕捉して保持します。 戻る途中で、各トレッドの圧力計が足を感知し、ロックを解除し、スプリングが蓄えたエネルギーを放出して登りを推進します。
「これが機能する方法はないと思った」とティンは回想する。 バネ付きのステップは、カタパルトやパチンコのビジョンを思い起こさせます。 あなたがオリンピックの金庫であるならそれは問題ありませんが、あなたが二階への道を作ろうとしている高齢者や負傷者の場合はそうではありません。
彼らはいくつかのスプリングの設計を経て、穏やかな伸張スプリングに落ち着きました。 あなたが彼らの新しい階段でじっと立っているなら、あなたは次の着陸にカタパルトされることを心配する必要はありません。 跳ね上がったプラットフォームが足を次のレベルに優しく支援するのは、動き出すまでではありません。 「それは、あなたが積極的に昇降しているときにのみあなたを助けることができ、あなたを押しのけることはできません」と、ティンは言います。
彼らの階段を降りるのは、「非常に柔らかい土壌の丘を歩いているような気がします」とソンは言います。 「すべての段階でクッションを持っているようなもので、歩いていくうちにクッションを押しつぶしています。 その感覚は、彼らが研究室に持ち込んだ被験者にとって簡単に習得できました。
一方で、「誰かが実際に足を持ち上げているようです」とSongは言います。 雨の中、誰もが水浸しの草の中を駆け巡りましたが、階段を上ると幽霊のような援助を感じますか？ それには慣れが必要です。 それでも、300回以上のテストを実行した後、安全性に関する問題は報告されていません。 また、センサーを使用して関節の活動を測定し、補助階段を上るのに必要な作業が従来の階段に比べて大幅に少ないことを示しました。 さらに、それらのプロトタイプは、エレベーターや階段昇降機を設置するのに比べてわずかな価格で一緒になります。
これらの有望な結果により、チームは、高齢者や負傷者の生活を楽にするために販売できる製品を手に入れたことを期待しています。 「エネルギーリサイクル階段は素晴らしいアイデアです」とカーネギーメロン大学の機械工学の教授で、研究に関与していなかったスティーブコリンズは言います。
「私たちの筋肉は驚くべきものです」とコリンズは言います。 彼らは私たちのニーズに合わせて強くなり、環境から供給された燃料を使い果たし、彼ら自身を癒します。 「エンジニアなら誰でもそうしたことをできるようになりたいと思うでしょう」と彼は言います。 この新しい階段により、発明者たちは物理学をハッキングして、私たちの筋肉ではできないことを実行したとコリンズ氏は言います。 「彼らはエネルギーを効率的に収集してあなたに返します。」
階段は設置が簡単で安価であるため、コリンズは、高齢者や身体の不自由な人が少し長く家に滞在できるようにすると考えています。 「それは本当に多くの人々に違いをもたらす可能性があります」と彼は言います。 「少し調整して...これは良い製品になると思います。」
Liuと彼女のチームは支援階段に関する仮特許を持っていますが、彼らの発明のマーケティングは興味に依存します。 彼らは多くのアイデアを持っており、他のアプリケーションで使用するためにキャプチャしたエネルギーを保存するなど、階段用の一連の新機能を実装することさえできます。 たとえば、階段を上るのを助ける代わりに、そのエネルギーをシャトルして携帯電話を充電できるメカニズムをジェリーリグすることができます。
次は、既存のプロトタイプの上に構築される階段の完全なセットを開発するだけです。 一日の終わりに、彼らの目標は、運動障害のある人が家にいるのを助けることです。 リューは、母親にプロトタイプの階段を見せることを語りました。 「彼女のコメントは、「まあ、急いでやったほうがいい。」」
