Исследователи из университета Карнеги Мэллон и государственного университета Северной Каролины разрешили давний спор: можно ли увеличить эффективность обычной человеческой ходьбы за счет устройства, не использующего внешние источники энергии. Как сообщает журнал Nature, им удалось создать протез, который способен снизить энергозатраты пешехода примерно на 7 процентов.

Умение человека передвигаться на двух ногах в процессе эволюции достигло почти полного совершенства, и многократные попытки инженеров еще больше снизить метаболическую стоимость ходьбы не приводили к успеху. Однако, внимательно изучив механику движения суставов и мышц колена и ступни при шаге с помощью УЗИ, исследователи Стивен Коллинз, Грегори Савицкий и Брюс Уиггин обнаружили, что икроножная мышца тратит энергию не только на поступательное движение стопы, но и на то, чтобы постоянно удерживать в напряжении ахилловы сухожилия. Фактически икроножная мышца опорной ноги не выполняет никакой полезной работы, но тратит заметное количество энергии.

Ультралегкий протез, который надевается на ногу от ступни до колена, помогает разгрузить икроножную мышцу, взяв на себя работу по поддержанию ахиллового сухожилия. Механическая муфта включается, когда ступня оказывается на поверхности, и отключается, когда нога находится в воздухе. Исследователи отмечают, что одна из основных проблем при разработке устройств этого вида – возникновение дополнительных энергозатрат на ходьбу с утяжелением на ногах, возникающим из-за веса самих протезов. Ранее никому не удавалось хотя бы компенсировать эту лишнюю трату сил. После нескольких лет последовательных улучшений дизайна разработчики смогли создать протезы из углеволокна, каждый из которых весит менее 500 грамм, то есть не больше, чем обычный ботинок. Использующий это приспособление человек облегчает себе ходьбу примерно так же, как если бы он снял 5-килограммовый рюкзак.

Авторы изобретения рассчитывают, что созданные им протезы окажутся полезными в первую очередь для людей, испытывающих различные проблемы с двигательными функциями. В дальнейших планах – так же детально изучить биомеханику других узлов тела человека, задействованных при стандартной физической активности, и создать полноценный механический экзоскелет, который бы буквально облегчил движения человека, не используя никаких внешних источников энергии.