Forscher der Georgia Tech und der Emory University haben ein Gerät entwickelt, mit dem die durch die absteigende Treppe erzeugte Energie wiederverwendet wird, um das Treppensteigen zu erleichtern.

Das Gerät bietet eine praktische Lösung für Millionen von Menschen, die aus verschiedenen Gründen Schwierigkeiten beim Treppensteigen haben Arthrose, Verletzung und Operation.

Das neues Gerät, Interaktive Energie-Recycling-Assistive-Treppen, die die Energie, die von einem Benutzer während des Abstiegs und Rückkehr Energie während des Aufstiegs, wird es viel einfacher für Menschen, die Hilfe zu Fuß auf und ab die Treppe. Das Gerät kann einfach auf die vorhandene Treppe gelegt werden, so dass es keine Notwendigkeit für kostspielige Renovierungen gibt.

Das Forschungsteam wird geleitet Karen Liu, Ein Associate Professor in der Schule des interaktiven Rechnens Bei Georgia Tech und Lena Ting, Ein Professor für Biomedizinische Technik in der Wallace H. Coulter Abteilung für Biomedizinische Technik bei Georgia Tech and Emory.

Die volle Studie ist veröffentlicht In PLOS ONE, ein Wissenschaftsjournal.

Wie funktioniert das Gerät?

Der Prototyp hat zwei Treppen, die jeweils mit Federn und Drucksensoren ausgestattet sind. Die Treppenstufen des Geräts bewegen sich die Höhe eines Schrittes auf und ab. Wenn ein Benutzer die Treppe hinuntergeht, ist die Lauffläche gleichmäßig mit dem Boden und die Stufe senkt sich, da sie das Gewicht des Benutzers aufnimmt, wodurch Federn, die an den Laufflächen angebracht sind, komprimiert werden und Energie durch Aufprall gespeichert wird. Nach dem Absenken wird die Lauffläche eingerastet, bis jemand die Treppe hinaufgeht. Diese Funktion reduziert die Bremskräfte am Knöchel des Benutzers um 26 Prozent.

Die gespeicherte Energie wird dem Benutzer beim Betreten der Treppe freigegeben. Wenn die Treppe spürt, dass jemand aufwärts geht, wird die Laufstrecke verriegelt, so dass sie das hintere Bein hochhebt. Diese Funktion verringert die Belastung des Knies des Benutzers um etwa 37% im Vergleich zu herkömmlichen Treppen.

"Anders als beim normalen Gehen, bei dem jeder Fersenstoß Energie abführt, die möglicherweise wiederhergestellt werden kann, ist der Treppenaufstieg tatsächlich sehr energieeffizient; Die meiste Energie, die du eingibst, geht in potentielle Energie, um dich zu heben ", sagte Liu in einer Erklärung.

"Aber dann habe ich gemerkt, dass es ziemlich verschwenderisch ist, nach unten zu gehen. Du zerstreuest Energie, um dich davor zu bewahren, zu fallen, und ich dachte, es wäre großartig, wenn wir die Energie, die beim Abstieg verschwendet wird, speichern und während des Aufstiegs an den Benutzer zurückgeben könnten. "

Das Gerät ist energieeffizient und nutzt die Energie, die ein Benutzer während des Abstiegs freisetzt, die andernfalls ungenutzt geblieben wäre.

"Wenn man die Treppe hinuntergeht, ist es, als würde man die Bremsen des Autos anschlagen, während man den Motor hochdreht", sagte Ting in einer Erklärung.

"Ihre Beine verbrauchen viel Energie, um jeden Schritt zu vermeiden, damit sie nicht zu schnell fallen. Unsere Treppen speichern diese Energie, anstatt sie zu verschwenden. "

Das Gerät ist auch entworfen, um den Stress vom Knöchel zu nehmen, entsprechend Yun Seong Song, der das Gerät als Postdoktorand an der Georgia Tech gebaut hat und derzeit Assistant Professor an der Missouri University of Science and Technology ist.

"Die Feder in der Treppe, anstelle des Knöchels, wirkt wie ein Kissen und Bremse", sagte Song in einer Erklärung.

"Die sanfte Abwärtsbewegung erleichtert die Arbeit am nachlaufenden Knöchel. Das hält Sie im Gleichgewicht und verhindert, dass Sie auf einer normalen Treppe zu schnell fallen."

Da das Gerät auf vorhandene Treppen platziert werden kann, könnte es eine einfache und relativ kostengünstige Lösung für diejenigen sein, die Probleme haben, auf und ab zu gehen.

"Aktuelle Lösungen für Menschen, die Hilfe brauchen, sind nicht sehr erschwinglich. Aufzüge und Treppenaufzüge sind oft unpraktisch zu Hause zu installieren ", sagte Liu in einer Erklärung.

"Kostengünstige, einfach zu installierende Hilfsmitteltreppen könnten den Menschen ermöglichen, ihre Fähigkeit zu behalten, Treppen zu benutzen und nicht aus ihren Häusern auszuziehen."

Das Gerät wäre auch praktisch für diejenigen mit einem vorübergehenden Hilfsbedarf nach oben und unten Treppen, wie Einzelpersonen Erholung von Verletzungen oder Chirurgie und schwangere Frauen.

"Mobilität zu erhalten, ist eine Sache, die man benutzen oder verlieren kann. Es ist wichtig, Menschen durch Verletzungen und Alterung in Bewegung zu halten, um die Lebensqualität zu maximieren ", sagte Ting in einer Erklärung.

Die Forschung wurde von einem Stipendium unterstützt National Science Foundation (EFRI-1137229).

Entwicklung des Gerätes

Das Prototyp-Gerät verfügt über 2-Treppen, kann von einer Person zu einer Zeit verwendet werden und ist auf Benutzer bis zu 122 kg (oder 267 Pfund) beschränkt.

Das Universitätsnetz (TUN) sprach mit Liu und Ting, um herauszufinden, wie sie auf die Entwicklung des Gerätes planen.

"Die nächsten nächsten Schritte sind, eine volle Treppe zu bauen ... und um sie auf Leute zu testen, die Hilfe benötigen, Treppen zu benutzen", sagte Ting TUN.

Die Forscher glauben, dass es möglich ist, das Gerät für mehrere Benutzer gleichzeitig zu entwickeln.

"Der aktuelle Prototyp ist für die Installation in Privatwohnungen gedacht, bei denen ein Benutzer nach dem anderen wahrscheinlich kein großes Problem darstellt", sagte Liu.

"Mit der Weiterentwicklung glauben wir, dass es in anderen Anwendungen mit mehreren Benutzern gleichzeitig verwendet werden kann."

In Bezug auf die Gewichtsbeschränkung bestätigen die Forscher, dass der Prototyp während der Bewegung nicht angepasst werden kann, aber bestätigen, dass er durch Verwendung steiferer Federn für schwerere Benutzer angepasst werden könnte.

"Derzeit ändern wir die Steifigkeit manuell, indem wir einfach ein paar Federn aushaken oder einhaken, um die gewünschte Steifigkeit zu erreichen", sagte Liu.

"Unser aktuelles Modell kann nicht spontan für verschiedene Personen geändert werden. Aber auch wenn die Federn nicht auf das Gewicht von jemandem optimiert sind, würden Sie trotzdem von der Treppe profitieren. In der Tat haben wir keine formellen Studien durchgeführt, um die optimale Federsteifigkeit zu wählen, sondern haben einfach einen Wert ausgewählt, um den Proof of Concept zu testen. "

Die Forscher haben ein vorläufiges Patent für das Gerät eingereicht.

Zusammenfassung

Die Energie-Recycling-Stütztreppe könnte das Leben von Millionen von Menschen, die Hilfe benötigen, gehen auf und ab Treppen zu verbessern. Das Gerät wäre eine einfache, praktische und relativ kostengünstige Lösung, ob die Notwendigkeit der Unterstützung dauerhaft oder vorübergehend ist.

"Für mich ist der wichtigste Teil dieser Technologie die" Einfachheit ", sagte Liu gegenüber TUN.

"Der Kampf mit Treppenverhandlungen ist bei älteren Erwachsenen sehr verbreitet. Um ein reales Problem wie dieses zu lösen, ist eine einfache Lösung normalerweise die beste Lösung. "