وسیله ­ای که دویدن را تندتر و آسان­تر می­ کند

پژوهشگران دانشگاه تهران نوعی «اسکلت خارجی» اختراع کرده اند که نیورک تایمز آن را «وسیله ­ای برای تندتر و آسان­تر دویدن» معرفی کرده است.

به گزارش روابط عمومی دانشگاه تهران، رضوان نصیری و ارژنگ احمدی، دانشجویان دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران با هدایت استاد خود، دکتر مجید نیلی احمدآبادی، موفق به اختراع وسیله­ ای شده ­اند که دوندگان با پوشیدن آن می ­توانند راحت­تر بدوند.

نیویورک تایمز  در گزارشی در این باره می ­نویسد: این وسیله ابداعی می­ تواند به عنوان یک وسیله کمکی سرعت دوندگانی را که نمی­توانند پا به پای حریفان تمرینی خود بدوند یا کسانی که دویدن را دشوار تصور می­کنند، به شکل غیر قابل انتظاری افزایش دهد.

این وسیله به عنوان نوعی پوشش سب ک­وزن که دور کمر و ران­ ها بسته می­ شود، م ی­تواند کارایی دویدن فرد را حداقل ۸ درصد افزایش دهد و باعث شود که دویدن راحت ­تر احساس شود.

پژوهش­های اخیر محققان در جهان بر انواع مختلف وسیله‌ای تمرکز دارند که آنها را «اسکلت‌های خارجی» (exoskeletons) می­نامند. برخی از این ابزارها از باتری یا سایر منابع انرژی برای فراهم کردن قدرت بیشتر استفاده می‌کنند تا ضعف موجود در بدن شخص را برطرف سازند. برخی دیگر بجای افزایش قدرت کاربران صرفا از هدر رفت انرژی جلوگیری می­ کنند و بنابراین عملکرد بدن را بهینه می‌کنند.

رضوان نصیری دانشجوی دوره تحصیلات تکمیلی دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران، هنگام تمرین دو برای کنترل وزن، بر گام­های خود متمرکز شد و دریافت که بعد از هر بار برخورد پا بر زمین بخشی از انرژی از دست را می­رود. این مسئله برای او عجیب نبود. مدت­هاست که متخصصان بیومکانیک دریافته­اند که در هنگام دویدن بخشی از انرژی در عضلات ذخیره شده و بخشی به هدر می‌رود. اما نصیری به این فکر افتاد که آیا می­توان مقداری از این انرژی هدر رفته را مهار کرد. از نظر او اگر چنین چیزی ممکن باشد، باید قبل از هدر رفت انرژی در لحظه برخورد با زمین بخشی از آن به پای دیگر تزریق شود. از طرف دیگر به دلیل اهمیت بالای مفصل ران در هنگام دویدن این انتقال انرژی باید در مفصل ران انجام شود.

او آن روز تمرینش را انجام داد و روز بعد به آزمایشگاه دانشکده بازگشت و به کمک سایر دانشجویان آزمایشگاه سیستم‌های شناختی و استادش کار بر روی این طرح را آغاز کرد. آنان اساسا امیدوار بودند که عضلات مفاصل ران دونده را به گونه­ای به یکدیگر مرتبط کنند که وقتی یک پا حرکت رو به جلو را انجام می­دهد و به عقب برمی­گردد، بتواند انرژی ایجاد شده را به پای دیگری که رو به جلو حرکت می­کند، منتقل کند، چیزی که به طور طبیعی امکان آن وجود ندارد. این حالت باعث کاهش فشار به عضلات لگن خواهد شد و در نتیجه هنگام دویدن انرژی کمتری مصرف می‌شود. این پژوهشگران برای پیاده سازی این طرح ساختارهای متفاوتی را یک به یک امتحان کردند و سرانجام وسیله­ای سبک ساختند که شامل یک کمربند و دو بند است که دور کمر و دور ران­ها بسته می­شوند. این وسیله یک حلقه فلزی هم دارد که به صورت قوسی در پشت فرد قرار می­گیرد که مانند یک انتقال دهنده انرژی عمل می­کند و انرژی را از یک مفصل ران گرفته و آن را به قسمت دیگری منتقل می­کند.  

 نصیری و همکارانش زیر نظر دکتر مجید نیلی احمدآبادی، رئیس دانشکده، ابتدا این وسیله را روی یک مدل رباتیکی در محیط شبیه سازی آزمودند و نتایج جذابی بدست آوردند. در نهایت روی ۱۰ مرد دونده آزمایش کردند. آنان از دونده­ها خواستند که به مدت ۱۰ دقیقه روی تردمیل با سرعت ثابت در حدود ۵/۲ متر بر ثانیه با وسیله بدوند. و در طول این زمان­ها، محققان انرژی مصرفی را اندازه­ گیری می­ کردند.

آنان دریافتند که با این وسیله کارایی دوندگان بیشتر می­شود و هدر رفتن انرژی را حدود ۸ درصد کاهش می­دهد. در نتیجه افراد با بستن این وسیله، می­توانند طولانی ­تر، تندتر و راحت­تر بدوند.

گزارش نیویورک تایمز حاکی از آن است که این اختراع علاقه و کنجکاوی سایر متخصصان را برانگیخته است به طوری که راجر کرام، استاد پیشکسوت بیومکانیک در دانشگاه کلرادو درباره این وسیله می­ گوید: «این وسیله، زیبایی خاصی دارد. وسیله­ای ساده و زیبا که هوشمندانه این امکان را برا افراد فراهم می­کند تا از نیروی عضلانی خود با بهینگی بیشتر استفاده کنند».

پژوهشگران دانشگاه تهران همچنان بر روی این وسیله کار می­کنند تا ظاهر جذاب­تر و کارایی بیشتری داشته باشد. هم‌اکنون برخی از شرکت‌های بین‌المللی علاقه‌مندی خود را برای صنعتی‌سازی این وسیله اعلام کرده‌اند.

خبر این موفقیت   در نشریه نیویورک تایمز با عنوان   A Device That Makes Running Faster and  Easier

در آدرس زیر منتشر گردیده.  

https://www.nytimes.com/2018/10/17/well/move/a-device-that-makes-running-faster-and-easier.html

 همچنین مقاله مربوط به این اختراع در IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering منتشر شده است.

لینک مقاله چاپ شده

Reducing the Energy Cost of Human Running Using an Unpowered Exoskeleton