¿Qué sucede si correr las 26.2 millas de un maratón solo se siente como correr 24.9 millas, o si pudiera mejorar su ritmo promedio de carrera de 9:14 minutos / milla a 8:49 minutos / milla sin semanas de entrenamiento? Investigadores del WyssEl Instituto y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson SEAS de la Universidad de Harvard han demostrado que un exosuit suave atado puede reducir el costo metabólico de correr en una cinta en un 5,4% en comparación con no usar el exosuit, lo que hace que esos sueños sean altosrendimiento más cercano a la realidad. "El homo sapiens ha evolucionado para ser muy bueno en la carrera a distancia, pero nuestros resultados muestran que son posibles mejoras adicionales a este sistema ya extremadamente eficiente", dice el autor correspondiente Philippe Malcolm, Ph.D., ex becario de investigación postdoctoral.en el Instituto Wyss y SEAS, y ahora Profesor Asistente en la Universidad de Nebraska, Omaha, donde continúa colaborando en este trabajo. El estudio aparece en Ciencia Robótica .
Correr es una forma de movimiento naturalmente más costosa que caminar, por lo que cualquier intento de reducir su tensión en el cuerpo debe imponer una carga adicional mínima. La tecnología de exosuit suave desarrollada en el laboratorio del miembro de la facultad de Wyss Core, Conor Walsh, Ph.D.., representa una plataforma ideal para la carrera asistida, ya que su diseño basado en textiles es liviano y se mueve con el cuerpo. Un equipo de científicos en el laboratorio de Walsh dirigido por Wyss Postdoctoral Fellow Giuk Lee, Ph.D. realizó el estudio con un exo traje queincorporaron cables flexibles que conectaban la ropa anclada a la parte posterior del muslo y el cinturón de la cintura a una unidad de actuación externa. Mientras los sujetos corrían en una cinta rodante con el exosuit, la unidad de actuación tiraba de los cables, que actuaban como un segundo par de músculos extensores de la cadera quefuerza a las piernas con cada zancada. El costo metabólico se midió analizando el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono de los sujetos mientras corrían.
El equipo probó dos diferentes "perfiles de asistencia" o patrones de tracción de cables: uno basado en la biología humana que aplicó la fuerza comenzando en el punto de máxima extensión de cadera observado en el funcionamiento normal, y otro basado en una simulación de exoesqueleto asistidohuyendo de un grupo de la Universidad de Stanford que aplicó la fuerza un poco más tarde y sugirió que el punto óptimo para proporcionar fuerza de asistencia podría no ser el mismo que la norma biológica. Confirmando esta sospecha, Lee y sus colegas encontraron que el perfil basado en la simulaciónsuperó el perfil basado en la biología en la reducción del costo metabólico en aproximadamente un factor de dos. Como señalan los autores en el documento, "Nuestro hallazgo respalda un cambio de paradigma hacia el concepto de que imitar nuestra comprensión actual de la biología no siempre es necesariamente óptimo".
Para aclarar por qué la aplicación de la fuerza más adelante en la carrera zancada mejoró el gasto metabólico de manera tan dramática, el equipo analizó lo que les estaba sucediendo a las otras articulaciones de los sujetos cuando las articulaciones de la cadera estaban siendo asistidas por los cables de accionamiento. Descubrieron que el perfil basado en simulaciónla extensión de la rodilla afectada y las fuerzas entre el pie y el suelo, mientras que el perfil basado en la biología no lo hizo ". El perfil biológico solo tiene en cuenta la cantidad de torque en la articulación de la cadera, pero el cuerpo humano no es una serie de acción independientepartes: está lleno de músculos que actúan en múltiples articulaciones para coordinar el movimiento ", dice Lee." La aplicación de fuerza en la cadera afecta el sistema de todo el cuerpo, y debemos tenerlo en cuenta para brindar la mejor asistencia ".Los resultados sugieren que la mayor participación biomecánica del perfil de asistencia basado en la simulación es responsable de la reducción del costo metabólico. Se necesitan más análisis biomecánicos para confirmar su hallazgo.ings.
El equipo espera continuar esta investigación para reducir el costo metabólico de correr aún más. "Solo probamos dos perfiles de actuación en este estudio, por lo que será interesante ver cuánto más se puede reducir el costo de la carrera con una mayor optimizacióndel sistema ", dice Malcolm." Nuestro objetivo es desarrollar un sistema portátil con una alta relación potencia / peso para que el beneficio de usar el traje compense en gran medida el costo de usarlo. Creemos que esta tecnología podría aumentar el rendimientode atletas recreativos y / o ayuda con la recuperación después de una lesión ", agrega Lee. Los días de un exotraje a batería para corredores de alto rendimiento aún están más allá del horizonte, ya que la unidad de actuador incluidos motores, electrónica y fuente de alimentación eneste estudio fue fuera de serie, pero los autores dicen que la tecnología se está moviendo para hacer posible un exosuit de asistencia sin ataduras en el futuro cercano ". Este estudio es un gran ejemplo de cómo nuestro equipo puede aprovechar rápidamente su experiencia y conocimientos en tecnología portátilology y biomecánica para demostrar cómo se puede mejorar el rendimiento humano en nuevas áreas de aplicación ", dice Walsh.
"Nuestro trabajo en Wyss está inspirado biológicamente y, como lo demuestra el avance del equipo de Conor, a veces aprendemos que una visión biológica convencional de un mecanismo no es realmente cómo funcionan los sistemas vivos; necesitamos colocar componentes individuales, en este caso, una articulación de la cadera humana, en el contexto del todo vivo. Cuando hacemos esto bien, surgen nuevas tecnologías transformadoras ", dice el Director Fundador de Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., Profesor de Biología Vascular de Judah Folkman enHarvard Medical School HMS y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital, así como Profesor de Bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard SEAS. "Estudios como este también son un gran ejemplo del poder de pensar más allá delimitaciones que la naturaleza nos ha dado y preguntando: '¿Podemos hacerlo mejor?' "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Original escrito por Lindsay Brownell. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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