(Sutrisno & Braun, Science Advances, 2020) Mit der richtigen mechanischen Vorrichtung könnte die menschliche Laufgeschwindigkeit mit der von Radfahrern mithalten, heißt es in einer neuen Studie: Läufer können bis zu 20,9 Meter pro Sekunde oder mehr als 46 Meilen pro Stunde erreichen.
Es ist erwähnenswert, dass es sich hierbei vorerst um theoretische Berechnungen handelt und das verantwortliche Team hofft, seinen Prototyp im nächsten Jahr fertig zu haben. Die Zahlen basieren auf dem Potenzial, das durch einen federbasierten, katapultartigen Exoskelettaufsatz freigesetzt würde.
Wir haben diese Art von Exoskeletten in der Vergangenheit gesehen, um zu helfen gelähmte Menschen , und ein funktionierendes Gerät könnte viele potenzielle Verwendungsmöglichkeiten haben – obwohl es unwahrscheinlich ist, dass mit ihm aufgestellte olympische Rekorde Bestand haben.
„Unser Ergebnis könnte zu einer neuen Generation von Augmentationsgeräten führen, die für Sport, Rettungseinsätze und Strafverfolgungsbehörden entwickelt wurden und bei denen Menschen von einer erhöhten Bewegungsgeschwindigkeit profitieren könnten“, schreiben die Forscher in ihrem Bericht veröffentlichtes Papier .
Die Mechanik selbst basiert tatsächlich auf Fahrrädern: Fahrradpedale sind so effektiv, weil sie uns dabei helfen, uns vorwärts zu bewegen, sowohl beim Hochziehen als auch beim Herunterdrücken unserer Füße. Das ist Energie, die beim Laufen verschwendet wird.
Selbst die schnellsten Läufer der Welt gewinnen nicht an Geschwindigkeit, wenn ihre Füße den Boden verlassen, sondern erst, wenn sie die Laufbahn berühren und sich abstoßen. Und wenn Läufer schneller werden, verbringen ihre Füße mehr Zeit in der Luft.
Wie könnte diese „verschwendete“ Zeit besser genutzt werden? Die Forscher hinter der neuen Studie untersuchten verschiedene Konzepte und stießen dabei auf einen federbasierten Aufsatz, der ein wenig wie ein Katapult funktioniert, um einen Läufer vorwärts zu schießen.
„Der Unterschied zwischen Fahrradmechanikern und Laufmechanikern brachte uns auf die Idee, ein Gerät zu entwickeln, das es den Beinen ermöglicht, in der Luft zu arbeiten“, sagte der Maschinenbauingenieur David Braun von der Vanderbilt University zu Emma Betuel Invers .
Die Idee, Federn an Beinen zu befestigen, gibt es schon seit mehr als einem Jahrhundert, aber sie ist an sich nicht besonders effizient. In diesem Fall stieß das Team mithilfe von Computermodellen auf ein Gerät, bei dem die Feder Energie speichert, bis der Fuß wieder den Boden berührt.
Wie das Gerät funktionieren würde. (Sutrisno & Braun, Science Advances, 2020)
Diese Energie käme aus der Beugung und Vorwärtsbewegung des Beins in der Luft, vermuten die Forscher. Die Feder könnte diese Energie bei Bodenkontakt freisetzen und dem Körper mehr Halt verleihen.
Um die Höchstgeschwindigkeiten zu erreichen, müsste die Feder laut Analyse 96 Prozent des Schritts auffangen und in die Vorwärtsbeschleunigung umwandeln können. Der Wert von 20,9 Metern pro Sekunde basiert ebenfalls auf der von einem Weltklasse-Radfahrer abgepumpten Energie, sodass der Rest von uns möglicherweise etwas langsamer ist.
Es bleiben noch viele Herausforderungen zu bewältigen – nicht zuletzt die Bewältigung der zusätzlichen Belastung, die jeder Schritt beim Abstieg aus größerer Höhe mit sich bringen würde –, aber die Forscher schlagen vor, dass die Feder so programmiert werden könnte, dass sie sich an unterschiedliche Geschwindigkeiten anpasst, wie die Gänge eines Fahrrads.
Ein Exoskelett wie dieses hilft nicht nur Rettungsdiensten, Rettungskräften und fast allen anderen, die schnell irgendwohin müssen, sondern könnte auch eine völlig neue Sportart inspirieren (genau wie Fahrräder), sagen die Forscher. Sie hoffen, dass das gesamte Gerät mit der Zeit sogar in einen Schuh passt.
„Das zeigt uns, wie weit wir die Grenzen verschieben können und auf welche Schlüsselfunktionen wir uns bei der Entwicklung der neuen Technologie konzentrieren sollten“, sagte Braun gegenüber Ian Sample Der Wächter .
Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .