Как мы ходим: учёные раскрывают механизм эффективной ходьбы
Исследователи из Орегонского университета приблизились к пониманию того, как люди совершают рутинное чудо — ходьбу. Их работа, опубликованная в Journal of Experimental Biology, описывает ключевое взаимодействие в ноге, которое делает движение эффективным.
Суть открытия
Учёные выяснили механизм мощного «толчка» (push off), когда нога отрывается от земли. Он состоит из двух фаз:
- «Разгрузка» (alleviation) — задняя нога освобождается от веса тела.
- «Запуск» (launching) — колено «подкашивается», что позволяет быстро высвободить запасённую упругую энергию из ахиллова сухожилия, подобно спуску катапульты.
«Мы рассчитали, на что способны мышцы, и обнаружили, что их силы недостаточно для создания такого мощного толчка, — говорит Даниэль Реневски, научный сотрудник лаборатории. — Поэтому нам пришлось искать механизм усиления мощности».
Ключевая координация и применение
Критически важной оказалась координация колена и лодыжки. Энергия «катапульты» от голеностопа используется в основном для переноса ноги вперёд, а не для прямого ускорения тела.
Это понимание может привести к прорывам:
- Улучшение протезов — более естественная и энергоэффективная походка.
- Создание роботов — будущие ходячие и бегающие машины могут стать гораздо более ловкими и экономичными, чем современные аналоги, которые тратят много энергии на «размахивание» ногой от бедра.
«Пока роботам ещё далеко до энергоэффективности животных, — отмечает профессор Джонатан Херст, — но такие исследования приближают нас к этой цели».
Исследование поддерживалось Немецким научно-исследовательским сообществом, а лаборатория динамической робототехники OSU — программой Human Frontier Science, Национальным научным фондом и DARPA. Разработанные там роботы уже могут пробежать милю за 9 минут или сойти с уступа. В перспективе подобные технологии могут применяться в экзоскелетах, для военных или спасательных операций.