Portaiden päivittämisen yrittäminen on kuin pyörän keksiminen uudelleen: Aikakokeen kestäneen yksinkertaisen suunnittelun parantaminen ei ole helppoa. Henkilöille, joilla on vammoja tai liikuntarajoitteisia, ei myöskään portaikkoon kiipeily ole helppo tehtävä. Hakkeroimalla portaiden navigoinnin fysiikkaa, biomekaanisten tutkijoiden ryhmä on keksinyt prototyypin, joka voisi auttaa kuljettamaan portaita ja niiden käyttäjiä uusiin korkeuksiin.
Asiaan liittyvä sisältö
- Taide terapiana: Kuinka ikää luovasti
"Äitini haluaa valittaa siitä, että hän on todella aktiivinen ja että hän voi kävellä pitkiä matkoja, mutta joka kerta kun on portaita, hänellä on vaikeuksia kiivetä niihin", sanoo Georgian teknillisen instituutin tietotekniikan professori Karen Liu.
Liu, myös vastaava kirjoittaja PLOS ONE: n tutkimuksessa, joka kuvaa uutta portaiden prototyyppiä, myönsi, että portaiden kiipeily on yksi vaikeimmista toiminnoista vanhuksille tai loukkaantuneille. Jopa silloin, kun yksilöt ovat muuten fyysisesti terveitä ja liikkuvia, portaikkojen liikkumismahdollisuuksien menettäminen on usein ratkaiseva tekijä, joka pakottaa ihmiset poistumaan koteistaan ja avusteisiin eläviin yhteisöihin.
Uusi portaiden prototyyppi hyödyntää energiaa, kun henkilö laskeutuu portaita, ja kierrättää sen matkalla takaisin ylöspäin antaakseen käyttäjille potkua. Se toimii, koska vasta intuitiivisesti ihmiset kuluttavat enemmän energiaa portaita alas kuin ylöspäin.
Kun kiipeilet portaita, kaikki jalkojen parantamiseen käyttämäsi energia muuttuu potentiaalienergiaksi - kun pääset huipulle, olet korkeampi kuin olit ennen. Portaiden laskeutuminen on toinen tarina. Jokaisella askeleella kehosi on pääosin hallitussa laskussa, ja lihaksesi kuluttaa energiaa, joka estää ilkeää rumpua pohjaan, menetetään. Liu ajatteli, että hukkaantuva energia voitaisiin ottaa talteen ja palata nousuun.
"Ei ollut mitään tapaa, jolla voisin luoda tällaista laitetta", Liu sanoi. Tietoteknikkona hänellä oli hyvä idea, mutta ei tapaa rakentaa prototyyppiä. Hän kääntyi Lena Tingin puoleen, Emoryn yliopiston biolääketieteen tekniikan professori ja ihmisen kinetiikan asiantuntijaan. "Kukaan ei tiedä liikettä paremmin kuin Lena", hän sanoo. Yhdessä Tingin tuolloisen jatkotutkijan Yun Seong Songin kanssa he kokosivat päänsä ja tarkensivat mallia.
Yllätykseksi pyörän keksiminen uudelleen oli pala kakkua. "Se ei ollut niin vaikeaa kuin luulin sen olevan", Song sanoo. ”Pyrimme yksinkertaisuuteen - emme etsineet hienoa robottia, joka voi liikkua, puhua ja tehdä hyviä päätöksiä.” He yrittivät vain murtautua mekaniikkaan, joka tapahtuu jo joka kerta, kun siirryt portaita ylös tai alas.
Jokainen niiden prototyyppisen energian kierrätystä avustavien portaiden kulutuspinta on kiinnitetty jousiin. Portaita alaspäin kunkin askeleen paine työntää alas liikutettavan tason, puristaa jouset ja lukitsee kulutuspinnan paikoilleen sähkömagneettisella lukolla. Puristetut jouset vangitsevat ja pitävät kiinni energiassa, joka muuten haihtuisi. Paluumatkalla ylöspäin, jokaisen kulutuspinnan painemittari tunnistaa jalan, vapauttaa lukon ja jouset vapauttavat varastoituneen energian kiipeämisen edistämiseksi.
"Ajattelin, että tämä ei toimi millään tavalla", Ting muistelee. Jousikuormitetut vaiheet toivat mieleen visioita katapultista tai rintakuvista. Se on hienoa, jos olet olympiavoittaja, mutta et jos olet vanha tai loukkaantunut vain yrittämässä päästä yläkertaan.
He käyvät läpi useita jousikuvioita ja asettuivat lempeälle jatkojouselle. Jos seisot liikkumattomasti heidän uusilla portaillaan, sinun ei tarvitse huolehtia siitä, että sinetöidään seuraavaan laskuun. Vasta liikkeessä, springed alustat auttavat varovasti jalkasi seuraavalle tasolle. "Se voi vain auttaa sinua, kun olet aktiivisesti menossa ylös tai alas, se ei voi ajaa sinua ympäri", Ting sanoo.
Portaat alas kävellen tuntuu siltä, että kävelisi mäkeltä, jolla on erittäin pehmeä maaperä, Song sanoo. ”Se on kuin sinulla olisi tyyny jokaisessa vaiheessa, ja kun kävelet alas, ruiskuta heitä. Tunnet alhaisen painovoiman. ”Tuo tunne oli helppo hallita koehenkilöille, jotka he toivat laboratorioon.
Nousee toisaalta: "Se on kuin joku todella nostaa jalkasi", Song sanoo. Jokainen on ruiskuttanut märkää ruohoa sateessa, mutta tunteaan haamukas apua kävellessäsi portaita ylöspäin? Se vie jonkin verran tottua. Silti yli 300 koeajon jälkeen he eivät ilmoittaneet turvallisuuteen liittyvistä ongelmista. He käyttivät myös antureita yhteisen toiminnan mittaamiseen ja osoittivat, että apuportaikkojen nouseminen vaati huomattavasti vähemmän työtä kuin mitä tavanomaisille portaille kuluu. Lisäksi niiden prototyyppi koostuu murto-osan hinnasta hissin tai portaiden asennuksen hinnasta.
Näillä lupaavilla tuloksilla joukkue toivoo saavansa tuotteen, jota voitaisiin markkinoida helpottaakseen ikääntyneiden tai loukkaantuneiden elämää. "Energian kierrätysportaat ovat loistava idea", sanoo Carvegie Mellon -yliopiston konetekniikan professori Steve Collins, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.
"Lihaksemme ovat uskomattomia asioita", Collins sanoo. Ne kasvavat vahvemmaksi tarpeidemme mukaisiksi, he kuluttavat polttoainetta ja toimitamme heille ympäristöstä ja parantavat itseään. "Kuka tahansa insinööri haluaisi kyetä tekemään joitain noista asioista", hän sanoo, mutta kaikkien heidän uskomattomien ominaisuuksiensa takia lihakset ovat huonosti kierrättäviä. Tämän uuden portaikon avulla, Collins sanoo, keksijät ovat hakkeroineet fysiikan tekemään sitä, mitä lihaksemme eivät pysty. "Ne vangitsevat ja palauttavat energian tehokkaasti sinulle."
Koska portaat ovat helppo ja edullinen asentaa, Collinsin mielestä ne voisivat antaa ikääntyneiden tai liikuntarajoitteisten henkilöiden jäädä kotoaan pidempään. "Se voisi todella vaikuttaa moniin ihmisiin", hän sanoo. "Joillakin pienillä korjauksilla ... Mielestäni tämä voisi olla hyvä tuote."
Liulla ja hänen tiimillään on väliaikainen patentti apuportaita varten, mutta keksintönsä markkinointi riippuu kiinnostuksesta. Heillä on paljon ideoita ja he voivat jopa toteuttaa portaikkojen joukon uusia ominaisuuksia, kuten vangitun energian varastointi muihin sovelluksiin. Esimerkiksi portaiden noususta auttamisen sijasta he voisivat nostaa koneen mekanismiin, joka voisi siirtää kyseisen energian matkapuhelimen lataamiseksi.
Seuraavaksi heidän oppikirjansa kehittää yksinkertaisesti kokonaisen portaat, jotka perustuvat kuitenkin olemassa olevaan prototyyppiin. Päivän lopussa heidän tavoitteena on auttaa liikuntarajoitteisia pysymään koteissaan. Liu kertoi näyttävän äitinsä prototyyppiportaat. "Hänen kommenttinsa oli, " No, sinulla oli parempi kiire. ""
