Результаты новых биомеханических исследований могут быть использованы для разработки более эффективных методов реабилитации пациентов с травмами опорно-двигательного аппарата.

Исследование под названием «Фазовый сдвиг между вращением и активацией суставов отражает доминирующие силы и предсказывает характер активации мышц» может совершить революцию в области исследований локомоции, что будет полезно для исследователей, изучающих локомоцию, и инженеров, проектирующих шагающих роботов для научных исследований .

Группа ученых из Университета Линкольна (Великобритания), Университета Кейс Вестерн Резерв и Университета Западной Вирджинии (США) проанализировала взаимосвязь между совместным вращением и синергетическими доминирующими силами движения. Они обнаружили, что между этими двумя переменными существует фундаментальная взаимосвязь, которая может предсказать характер мышечной активации.

Исследование было опубликовано в PNAS Nexus, результаты которого могут помочь разработать более эффективные методы реабилитации для пациентов с травмами опорно-двигательного аппарата.

Профессор Грегори Саттон, научный сотрудник Королевского общества в Университете Линкольна, сказал: «И лошади, и палочники ходят, однако из-за своего размера они ходят в совершенно разных мирах. Лошади, будучи большими, ходят в мире, где доминирует инерция. и гравитация точно так же, как люди, в то время как палочники, будучи маленькими, ходят в мире, где инерция и гравитация незначительны по сравнению с пружинными силами внутри их сухожилий и мира вокруг них.

«В этой статье количественно оцениваются очень разные миры, в которых перемещаются животные , в зависимости от их размера и скорости их движения, определяя доминирующие силы, будь то инерция, гравитация, силы упругости или вязкости в рамках данного движения, и показывая последствия движения с этими доминирующие силы.

«Мы можем использовать результаты, чтобы лучше понять, как нервная система контролирует эти различные движения. Исследование также может помочь сформировать дизайн и разработку робототехники, которая сможет лучше выполнять эти движения с такой же ловкостью и ловкостью, как у животных разного размера».

Николас Щецински, доцент Университета Западной Вирджинии, сказал: «Результаты этого исследования помогут, и уже помогли, ученым и инженерам создавать роботов, похожих на животных, с механикой, более близкой к имитации животных.

«Ученые и инженеры десятилетиями создавали роботизированные модели животных либо для того, чтобы улучшить современное состояние роботизированной мобильности, применяя то, что мы знаем о животных, либо для создания физической модели животного, которую можно было бы использовать для проверка гипотез о двигательном управлении Работа над любой из этих целей — применением или моделированием — наиболее продуктивна, когда баланс сил внутри робота во время его ходьбы соответствует этому балансу в животном.

«Например, большинство роботов, которые мы создаем, имеют тяжелые двигатели, которые вращают каждый сустав каждой ноги. Каждый раз, когда робот делает шаг, двигатели должны передавать крутящий момент на суставы, чтобы нога набрала скорость, а затем передавать крутящий момент в противоположном направлении. чтобы замедлить его и переместить для следующего шага. Это сильно отличается от насекомого, конечности которого легкие, а мышцы жесткие. В результате мышцам необходимо передавать крутящий момент только в одном направлении, направлении движения, потому что жесткость их суставов остановит движение.

«Мы можем использовать эти принципы для создания более точных роботизированных моделей животных, изменив способ построения ног робота и уменьшив частоту шагов робота. Добавляя пружины, которые работают против каждого двигателя во время его вращения, мы уравновешиваем инерцию и эластичность робота. ноги робота похожи на насекомое».

Команда продолжит расширять эти выводы с целью разработки новых методов реабилитации, которые можно было бы адаптировать к индивидуальным пациентам в различных медицинских учреждениях.