Опитът да актуализирате стълбите е като изобретяването на колелото: Подобряването на опростен дизайн, издържал на теста на времето, не е лесна задача. За хора с наранявания или ограничена подвижност обаче изкачването на стълбище също не е лесна задача. Чрез хакване на физиката на навигацията по стълби, екип от биомеханични изследователи са измислили прототип, който може да помогне на стълбите и техните потребители да достигнат нови височини.
Свързано съдържание
- Изкуството като терапия: как да стареем творчески
„Моята майка обича да се оплаква, че е наистина активна и може да ходи на дълги разстояния, но всеки път, когато има стълби, й е трудно да ги изкачи“, казва Карън Лиу, професор по компютърни науки в Джорджийския технологичен институт.
Лиу, също съответният автор на проучване в PLOS ONE, което описва новия прототип на стълбите, призна, че изкачването на стълби се класира като едно от най-трудните занимания за възрастни хора или ранени. Дори когато хората са физически здрави и подвижни, загубата на способността да се движи по стълбите често е решаващият фактор, който принуждава хората да излязат от домовете си и да живеят в подпомагани жизнени общности.
Новият прототип на стълбите влага енергия, когато човек се спусне по стълбите и я рециклира по пътя обратно, за да даде тласък на потребителите. Работи, защото, противоинтуитивно, хората губят повече енергия, слизайки по стълбите, отколкото нагоре.
Когато се изкачвате по стълбите, цялата енергия, която влагате в крака на краката, се превръща в потенциална енергия - когато стигнете до върха, сте по-високи, отколкото сте били преди. Спускането по стълбите е друга история. С всяка стъпка тялото ви по същество е в контролирано падане, а енергията, която мускулите ви изразходват, за да предотвратите отвратително падане към дъното, се губи. Лю мислеше, че загубената енергия може да бъде уловена и върната при изкачването нагоре.
"Нямаше начин да създам такова устройство", каза Лю. Като компютърен учен тя имаше добра идея, но няма начин всъщност да изгради прототип. Тя се обърна към Лена Тинг, професор по биомедицинско инженерство в университета Емори и експерт по човешка кинетика. „Никой не знае движението по-добре от Лена“, казва тя. Заедно с тогавашния докторантурен изследовател на Тинг Юн Сонг Сонг, те сложиха глави и усъвършенстваха дизайн.
За тяхна изненада изобретяването на колелото беше парче торта. „Не беше толкова трудно, колкото мислех, че ще бъде“, казва Сонг. „Насочихме се към простотата - не искахме фантазиран робот, който да може да се движи, да говори и да взема добри решения.“ Те просто се опитваха да проникнат в механиката, която вече се случва всеки път, когато се качвате нагоре или надолу по стълби.
Всеки протектор на техните прототипи помощни стълби за рециклиране са прикрепени към пружини. По пътя надолу по стълбите натискът от всяка стъпка стъпва надолу по подвижна платформа, компресира пружините и фиксира протектора на място с електромагнитна ключалка. Сгъстените пружини улавят и задържат енергията, която иначе би се разсеяла. По обратния път манометър върху всеки протектор усеща стъпалото, освобождава ключалката и пружините освобождават запаметената енергия, за да ускорят изкачването.
„Мислех, че няма как това да се получи“, спомня си Тинг. Пролетни натоварени стъпки довеждат до ума визии на катапулти или прашки. Това е добре, ако сте олимпийски свод, но не и ако сте възрастен или ранен човек, който просто се опитва да си проправи път горе.
Те преминаха през няколко пролетни дизайна и се настаниха върху нежна удължителна пружина. Ако стоите неподвижно на новите им стълби, няма нужда да се притеснявате, че ще бъдете катапултирани до следващото кацане. Едва когато сте в движение, извитите платформи нежно подпомагат крака ви до следващото ниво. „Може да ви помогне само когато активно вървите нагоре или надолу, не може да ви бута“, казва Тинг.
Слизането по стълбите им „усеща като вървене по хълм с много мека почва“, казва Сонг. „Сякаш имаш възглавница на всяка стъпка и докато слизаш, ги мачкаш. Усещаш ниска гравитация. ”Това усещане беше лесно овладяващо за изпитваните, които те внесоха в лабораторията.
От друга страна, „Като че ли някой всъщност ви повдига крака“, казва Сонг. Всеки се е промушил през мокра трева под дъжда, но усещате призрачна помощ, докато вървите по стъпалата? Това отнема известно свикване. Все пак след над 300 пробни изпитания те съобщиха, че няма проблеми с безопасността. Те също използваха сензори за измерване на съвместната активност и показаха, че изкачването на помощните стълби изисква значително по-малко работа от това, което се изразходва за конвенционалните стълби. Нещо повече, прототипът им се събира заедно за малка част от цената на инсталирането на асансьор или стълбищна кабина.
С тези обещаващи резултати екипът се надява, че имат продукт, който може да бъде пуснат на пазара, за да улесни живота на възрастните хора или ранените. „Стълбите за рециклиране на енергия са чудесна идея“, казва Стив Колинс, професор по машинно инженерство в университета Карнеги Мелън, който не е участвал в проучването.
„Нашите мускули са невероятни неща“, казва Колинс. Те стават по-силни, за да отговарят на нашите нужди, те изтичат гориво, ние ги доставяме от околната среда, и те се лекуват. „Всеки инженер би се радвал да може да направи някои от тези неща“, казва той, но при всичките им невероятни възможности, едно нещо, в което мускулите са лоши, е рециклирането на енергия. С това ново стълбище, казва Колинс, изобретателите са хакнали физиката, за да направят това, което нашите мускули не могат. "Те ефективно улавят и ви връщат енергията."
Тъй като стълбите са лесни и евтини за инсталиране, Колинс смята, че биха могли да позволят на възрастни хора или такива с ограничена подвижност да останат в домовете си малко по-дълго. "Това наистина би могло да има значение за много хора", казва той. "С някои малки ощипвания ... мисля, че това може да е добър продукт."
Лиу и нейният екип имат условен патент на помощните си стълби, но маркетингът на тяхното изобретение ще зависи от интереса. Те имат много идеи и дори биха могли да внедрят набор от нови функции за стълбите си като съхраняване на заловената енергия за използване в други приложения. Вместо да помогнат за изкачването по стълбите, например, те биха могли да поставят механизъм, който може да прехвърли тази енергия, за да зареди мобилен телефон.
На следващо място в докета им е просто разработването на пълен набор от стълби, които ще надграждат съществуващия прототип. В крайна сметка целта им е да помогнат на хората с увредена мобилност да останат в домовете си. Лю разказа, показвайки на майка си техните прототипни стълби. "Нейният коментар беше:" Е, по-добре побързайте. "
