První robotický exoskeleton usnadňuje potápění a snižuje svalové namáhání
Čínští vědci dosáhli světového prvenství ve vývoji přenosného podvodního exoskeletonu, který podporuje pohyb kolen potápěčů. Inovace v oblasti nositelné robotiky by mohla vést k vylepšenému výkonu lidí během vodních aktivit.
Exoskeleton, vytvořený týmem Peking University pod vedením profesora Wanga Qininga, má za cíl snížit fyzickou náročnost potápěčů, zejména spotřebu vzduchu a svalovou námahu. „Snížením fyzické zátěže potápěčů a spotřeby kyslíku by takové systémy mohly prodloužit dobu potápění, zlepšit bezpečnost a snížit únavu,“ poznamenali výzkumníci.
Tento exoskeleton by mohl otevřít nové možnosti aplikací v oblastech mořského výzkumu, podvodní konstrukce a profesionálního školení potápěčů.
Překonání výzev hlubokého moře
Lidé se vyvinuli, aby byli efektivní chodci na souši. Nicméně, tato evoluční cesta je učinila neefektivními potápěči, vyžadujícími více energie na pokrytí stejné vzdálenosti pod vodou. Vodní prostředí přináší významné překážky v podvodní mobilitě a dokonce i úspěšné adaptaci asistenční technologie.
Pohyb pod vodou je daleko energeticky náročnější než chůze na souši, protože potápěči musí neustále čelit odporu vody. Tato neustálá lucha omezuje vytrvalost potápěče a operační rozsah. Ačkoli nositelné exoskeletony prokázaly svoji schopnost snižovat spotřebu energie na souši, převod této technologie pro použití pod vodou byl dlouhodobou výzvou.
Jak technologie funguje
Inovativní zařízení je bilaterální kabelový podvodní exoskeleton pro kolena. Funguje tak, že poskytuje asistivní točivý moment kolenům v reálném čase, zejména se zaměřuje na základní metodou pohonu pro potápění s ploutvemi – flutter kick. Navíc pokročilé pohybové senzory a řízení založené na síle umožňují systému hladce integrovat s přirozeným pohybem potápěče.
Efektivita exoskeletonu byla potvrzena v testech se šesti zkušenými potápěči. Když byl použit motorový exoskeleton, potápěči vykázali zlepšení v účinnosti ve srovnání s potápěním bez zařízení. Spotřeba vzduchu klesla o pozoruhodných 22,7 procenta. Dále byla fyzická zátěž na svaly nohou snížena, což bylo doloženo o 20,9 procenta nižší aktivací quadricepsu a 20,6 procenta nižší aktivací lýtkových svalů.
Co je důležité, potápěči se dobře přizpůsobili mechanické asistenci a projevovali přirozené pohybové vzorce, což celkově vedlo k výraznému zlepšení energetického hospodaření pod vodou. Pokud bude exoskeleton přijat, bude schopen zlepšit výkon potápění a zároveň snížit fyzickou zátěž na uživatele.
Ve svém bezprostředním použití by mohl mít praktickou hodnotu pro úkoly jako je mořský výzkum a složité podvodní operace. Vzhledem k tomu, že jeho dopad přesahuje rámec současných aplikací, zařízení také poskytuje nové a cenné poznatky v oblastech technik školení potápěčů a lidské biomechaniky pod vodou, což nabízí nástroj pro studium a optimalizaci pohybu ve vodních prostředích.
Předchozí vývoj v této oblasti zahrnoval uvolnění návrhů biologicky inspirovaných podvodních exoskeletonů. Tyto robotické obleky měly za cíl zlepšit sílu uživatele a umožnit mu napodobovat vysoce efektivní plavecké styly mořských zvířat, jako jsou tučňáci, delfíni a želvy.
