0
ویژه نامه ها

چکمه روباتی

مفهوم چکمه روباتی نوید دهنده دویدنی پنجاه درصد سریع تر است.
چکمه روباتی
تصویر 1: ایده قدیمی در مورد دویدن با فنرهایی روی پاهایتان، به یک نوسازی تکنیک بالا می رسد. کریستینا براون
 
مهم نیست که چقدر خوب طراحی شده باشد، هیچ کفش دوی وجود ندارد که به دوندگان اجازه دهد تا با دوچرخه سواران رقابت کنند. دوچرخه یک اختراع کلیدی بود که باعث افزایش سرعت نیروی انسانی می شد. اما اگر نوع جدیدی از کفش بتواند با تقلید از مکانیسم دوچرخه سواری، سریع تر کار کند، چه ؟
 
این سؤالی است که دانشجویان من در مرکز مهندسی توانبخشی و فن آوری کمکی وندربیلت و من در هنگام ساختن یک تئوری جدید اسکلت های روباتیک رانده شده با فنر به کاوش آن پرداختبم. ما ایده ای برای نوع جدیدی از اسکلت استخوانی اندام تحتانی ارائه کردیم که می تواند به سریع ترین انسان جهان امکان دهد به سرعت 18 متر در ثانیه یا حدود 40 مایل در ساعت برسد.
 
 چکمه روباتی
 
تصویر 2: چکمه های روباتی اجازه می دهد پاها در هنگام دویدن در هوا انرژی ذخیره کنند، مشابه مکانیسم پدال زدن در دوچرخه سواری. A. Sutrisno و D. J. Braun ، CC BY-ND
 
لبه اصلی کفشهای امروزی Vaporfly از Nike است که به دوندگان امکان می دهد 4٪ انرژی کمتر نسبت به کفش های استاندارد در حال استفاده مصرف کنند. الیود کیپچوگ، مدال آور سه بار المپیک، اخیراً آنها را برای دویدن در ماراتنِ زیر دو ساعت پوشید. گر چه Vaporfly با افزایش راندمان کفش های استاندارد، دنیای دویدن حرفه ای را بهبود می بخشد، اما مزایای دوچرخه سواری را فراهم نمی کند و یا به عبارت دیگر اساساً فیزیک دویدن را تغییر نمی دهد.
 
در اسکلت های روباتیک که قدرت انسان را تقویت می کنند، تحقیقات و توسعه های زیادی صورت گرفته است. این ها از محرک ها و انرژی خارجی استفاده می کنند: موتورها و باتری ها. اما آنها به انسان ها کمک نکردند که خودشان سریعتر بدوند. دونده ها با استفاده از چکمه روباتی، با فشرده سازی یک فنر با هر پا در حالی که در هوا است، انرژی فراهم می کنند. همچنین از فنرها برای ساخت پروتزهای پیشرفته برای دوی پارالمپیک استفاده شده است، اما نشان داده نشده است که نسبت به پاها مزیت فوق العاده ای را ارائه دهند. برای سرعت نیرو گرفته از قدرت انسان، دوچرخه برای متجاوز از یک قرن، قهرمان حکمفرما بوده است.
 

دویدن در مقابل دوچرخه سواری

چکمه روباتی

تصویر 3: پیشرو دوچرخه های مدرن، ملقب به اسب کوچک سرگرمی، در سال 1817 توسط بارون کارل فون دریس اختراع شد. موزه علوم و فناوری کانادا / Flickr ، CC BY-NC-ND
 
اولین ماشین دو، یک دوچرخه بدون پدال بود. این دوچرخه با تحمل وزن بدن بر روی یک زین و استفاده از چرخ ها برای پرهیز از اتلاف اجتناب ناپذیر انرژی هنگام قدم زدن، باعث کاهش هزینه انرژی دو می شد.
 
اما دوچرخه های اولیه اجازه نمی دادند که دوچرخه سواران سریعتر از دوندگان حرکت کنند، زیرا دوچرخه سوار با هل دادن خود در مقابل زمین توسط پاهایش – درست شبیه دو – خود را جلو می برد. چیزی که بازی را برای دوچرخه سواری تغییر داد اختراع مکانیسم پدال زنی بود که به پاها اجازه می داد سوار را به طور مداوم به جلو حرکت دهند و نه تنها وقتی پا به زمین برخورد می کند.
 
 چکمه روباتی
 
تصویر 4: در سال 1890، نیکلاس یانگ یک پای فنری اختراع کرد که وزن بدن فرد را تحمل می کرد. USPTO
 
مزیت سرعت دوچرخه نسبت به دویدن به دلیل عدم تلاش دوام نیاورده است. مردم برای نسل ها در حال تصور پاهای فنری و تصحیح فنرهای دو بوده اند، اما این فنرها مانند دوچرخه پدال دار نیستند زیرا اجازه نمی دهند پاها هنگام عدم تماس با زمین به تأمین انرژی بپردازد.
 

چکمه روباتی

برای استفاده از مزیت دوچرخه سواری در دویدن، ما به مفهومی برای نوع جدیدی از چکمه روباتی دست یافتیم که عملکرد پدال های دوچرخه را تقلید می کند. دونده ها با استفاده از چکمه روباتی، با فشرده سازی یک فنر با هر پا در حالی که در هوا است، انرژی فراهم می کنند. با هر قدم، فنر با فشار آوردنی سریعتر و قوی تر از پاهای معمولی، می تواند انرژی ذخیره شده خود را آزاد کند.
 
ما دریافتیم که یک چکمه روباتی ایده آل به سریعترین دونده روی زمین اجازه می دهد تا از پاهای خود در 96٪ از زمان گام برداری استفاده کند تا سریعتر از 20 متر در ثانیه بدود، که قابل مقایسه است با حداکثر سرعت دوچرخه سواری. استفاده از یک چکمه روباتی عملی که تنها در حدود 60٪ از زمان گام برداری را استفاده می کند، هنوز هم می تواند یک دونده را به حداکثر سرعت 18 متر در ثانیه برساند. این سرعت 50٪ سریعتر از سرعت رکورد جهانی 12 متر در ثانیه در دوی سرعت 100 متر است.
 
چکمه روباتی 
 
تصویر 5: سرعت حرکت نیرو گرفته از انسان. اقتباس از A. Sutrisno ، D. J. Braun ، چگونه می توان بدون انرژی خارجی 50٪ سریعتر دوید ، جلد. 6 ، نه 13 ، eaay1950 ، 2020. ، CC BY-ND
 
مؤلفه پیشرفته چکمه روباتی، یک فنر با سختی متغیر است که می تواند بدون تغییر در انرژی ذخیره شده خود، سفتی خود را افزایش دهد. سختی فنر تعیین می کند که چقدر می تواند به زور به زمین فشار بیاورد تا بدن دونده را شتاب بخشد - هر چه فنر سفت تر شود، با توجه به همان فشردگی فنر، نیرویی بیشتر به آن داده می شود.
 
فنر های معمولی مانند آنهایی که در قلم های فنری هستند، بر اساس مواد، شکل و اندازه فنر، سختی ثابتی دارند. فنرهای با سختی متغیر نوع خاصی از فنر هستند که می توانند شکل یا اندازه خود را تغییر دهند. یک نوع از فنر با سختی متغیر با کوتاه شدن، سختی را افزایش می دهد. یک مکانیسم با حرکت دادن نقطه الصاق فنر از انتهای آن به وسط آن، فنر را کوتاه می کند. مکانیزم موجود در چکمه روباتی، فنر را کوتاه می کند زیرا دونده پایش را در هوا دراز می کند.
 
 چکمه روباتی
 
تصویر 6: دویدن با چکمه های روباتی. اقتباس از A. Sutrisno ، D. J. Braun ، چگونه می توان بدون انرژی خارجی 50٪ سریعتر دوید ، جلد. 6 ، نه 13 ، eaay1950 ، 2020. ، CC BY-ND
 
افزایش سختی فنر به محض افزایش سرعت دونده، شبیه به تعویض دنده بالاتر بر روی دوچرخه است زیرا دوچرخه سوار سریعتر حرکت می کند. این به دونده ها امکان می دهد انرژی بیشتری را تأمین کنند و محدودیت بیو مکانیکی تأمین انرژی تنها در مدت کوتاه تماس با زمین در دوی سریع را دور بزنند.
 
منبع: دیوید براون - Vanderbilt University
ارسال نظر
با تشکر، نظر شما پس از بررسی و تایید در سایت قرار خواهد گرفت.
متاسفانه در برقراری ارتباط خطایی رخ داده. لطفاً دوباره تلاش کنید.
موارد بیشتر برای شما
رونمایی از شیرون Pur Sport
رونمایی از شیرون Pur Sport

رونمایی از شیرون Pur Sport

خوراکیهای مفید برای پاکسازی بدن
خوراکیهای مفید برای پاکسازی بدن

خوراکیهای مفید برای پاکسازی بدن

بی اطلاعی رئیس اتحادیه فروشندگان گوشی همراه از محدودیت‌های واردات
بی اطلاعی رئیس اتحادیه فروشندگان گوشی همراه از محدودیت‌های واردات

بی اطلاعی رئیس اتحادیه فروشندگان گوشی همراه از محدودیت‌های واردات

کارتون اسکروچ | تالاب طلائی
کارتون اسکروچ | تالاب طلائی

کارتون اسکروچ | تالاب طلائی

همه چیز راجع به خجالتی بودن کودکان
همه چیز راجع به خجالتی بودن کودکان

همه چیز راجع به خجالتی بودن کودکان

رئیس سازمان تبلیغات: «تبلیغ» باید مردمی‌تر شود/ پرچم مظلومیت فرهنگ را به دست گرفته‌ایم
رئیس سازمان تبلیغات: «تبلیغ» باید مردمی‌تر شود/ پرچم مظلومیت فرهنگ را به دست گرفته‌ایم

رئیس سازمان تبلیغات: «تبلیغ» باید مردمی‌تر شود/ پرچم مظلومیت فرهنگ را به دست گرفته‌ایم

آشپزی | ساندویچ صبحانه میوه و خامه
آشپزی | ساندویچ صبحانه میوه و خامه

آشپزی | ساندویچ صبحانه میوه و خامه

آشپزی | کیک ساندویچ سالمون
آشپزی | کیک ساندویچ سالمون

آشپزی | کیک ساندویچ سالمون

روحانی: همه دستگاه‌های دولتی وظیفه دارند سهام شرکت‌های خود را بورس در عرضه کنند
روحانی: همه دستگاه‌های دولتی وظیفه دارند سهام شرکت‌های خود را بورس در عرضه کنند

روحانی: همه دستگاه‌های دولتی وظیفه دارند سهام شرکت‌های خود را بورس در عرضه کنند

سازمان برنامه و بودجه مجوز استخدام ۳۰۰۰ پرستار را صادر کرد
سازمان برنامه و بودجه مجوز استخدام ۳۰۰۰ پرستار را صادر کرد

سازمان برنامه و بودجه مجوز استخدام ۳۰۰۰ پرستار را صادر کرد

غلامی: تصمیم‌گیری برای کاهش شهریه ترم آینده جزو اختیارات دانشگاه است
غلامی: تصمیم‌گیری برای کاهش شهریه ترم آینده جزو اختیارات دانشگاه است

غلامی: تصمیم‌گیری برای کاهش شهریه ترم آینده جزو اختیارات دانشگاه است

تهران متری چند؟!؟
تهران متری چند؟!؟

تهران متری چند؟!؟

گزارشگر ویژه سازمان ملل در امور حقوق بشر: ترور «سردار سلیمانی» ناقض قوانین بین‌الملل بود
گزارشگر ویژه سازمان ملل در امور حقوق بشر: ترور «سردار سلیمانی» ناقض قوانین بین‌الملل بود

گزارشگر ویژه سازمان ملل در امور حقوق بشر: ترور «سردار سلیمانی» ناقض قوانین بین‌الملل بود

تاثیر ماسک در مقابله با کرونا
تاثیر ماسک در مقابله با کرونا

تاثیر ماسک در مقابله با کرونا

چه کسانی باید واکسن آنفلوانزا تزریق کنند؟
چه کسانی باید واکسن آنفلوانزا تزریق کنند؟

چه کسانی باید واکسن آنفلوانزا تزریق کنند؟

واکسن کرونا کِی و با چه قیمتی وارد ایران خواهد شد؟
واکسن کرونا کِی و با چه قیمتی وارد ایران خواهد شد؟

واکسن کرونا کِی و با چه قیمتی وارد ایران خواهد شد؟

هزاران نفر در  بلژیک علیه بی حجابی اجباری تظاهرات کردند
هزاران نفر در بلژیک علیه بی حجابی اجباری تظاهرات کردند

هزاران نفر در بلژیک علیه بی حجابی اجباری تظاهرات کردند

با کاهش دانشگاهها به ۴۴ دانشگاه جامع موافقت شد/ سهمیه ها معضل شده است
با کاهش دانشگاهها به ۴۴ دانشگاه جامع موافقت شد/ سهمیه ها معضل شده است

با کاهش دانشگاهها به ۴۴ دانشگاه جامع موافقت شد/ سهمیه ها معضل شده است

قسم به دیده یعقوب و بوی پیراهنی/ مهدی سلحشور
قسم به دیده یعقوب و بوی پیراهنی/ مهدی سلحشور

قسم به دیده یعقوب و بوی پیراهنی/ مهدی سلحشور

نتیجه تست کرونا بازیکنان و کادرفنی باشگاه استقلال اعلام شد
نتیجه تست کرونا بازیکنان و کادرفنی باشگاه استقلال اعلام شد

نتیجه تست کرونا بازیکنان و کادرفنی باشگاه استقلال اعلام شد

فراز زیبای آیه 81 سوره نساء/ مصطفی اسماعیل
فراز زیبای آیه 81 سوره نساء/ مصطفی اسماعیل

فراز زیبای آیه 81 سوره نساء/ مصطفی اسماعیل