Но до сих пор никто не отобразил сложную физиологию тела, которая в локомоции включает в себя несколько мышц ног — сухожилия, пересекающие тазобедренные, коленные и голеностопные суставы, вес тела и управляющие сигналы из мозга — с помощью довольно простых физика пружинного поведения конечностей.Используя подобную «аватару» биороботизированную двигательную систему, которая объединяет настоящую мышцу и сухожилие вместе с управляемым компьютером нервным стимулятором, действующим как спинной мозг аватара, исследователи из Университета штата Северная Каролина сделали гигантский скачок в понимании движения ноги. вверх. Полученные данные могут помочь в создании роботизированных устройств, которые начнут объединять человека и машину, чтобы помочь человеку передвигаться.Несмотря на сложную физиологию, биомедицинский инженер штата Северная Каролина Грег Савицки и постдокторант Университета Темпл Бен Робертсон показали, что если вы знаете массу, жесткость и влияние первичного мышечно-сухожильного блока лодыжки, вы можете предсказать стратегии нейронного контроля, которые приведет к весеннему поведению.
«Мы пытались развивать локомоцию снизу вверх, начав с одного мышечно-сухожильного блока, основного источника энергии для передвижения во всех движущихся объектах», — сказал Грег Савицки, доцент Совместного департамента штата Северная Каролина и Университета Северной Каролины и Чапел-Хилл. из биомедицинской инженерии и соавтор статьи, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, в которой описывается работа. «Мы соединили это мышечно-сухожильное устройство с двигателем внутри специального роботизированного интерфейса, разработанного для имитации того, что« мышечно-сухожилие »« ощущает »внутри ноги, а затем электрически стимулировали мышцу, чтобы вызвать сокращения, происходящие на столе».Исследователи показали, что резонансная настройка — вероятный механизм упругого поведения ног во время передвижения.
То есть электрическая система — в данном случае нервная система тела — управляет механической системой — мышечно-сухожильным блоком ноги — с частотой, которая обеспечивает максимальную отдачу с точки зрения эффективной выходной мощности.Савицки сравнил настройку резонанса с взаимодействием с тонкой игрушкой. «Когда он хорошо колеблется, вам почти не нужно двигать рукой — важно время взаимодействия сил.«При передвижении резонанс возникает из-за настройки взаимодействия между нервной системой и ногой, чтобы они работали вместе», — сказал Савицкий. «Оказывается, если я знаю массу, усилие и жесткость мышечно-сухожильного блока, я могу точно сказать вам, как часто мне следует стимулировать его, чтобы получить резонанс в форме пружинящего упругого поведения».Полученные результаты имеют значение для дизайна, относящегося к разработке экзоскелетов для трудоспособных людей, а также экзоскелетов или протезных систем для людей с ограниченными физическими возможностями.
«В конце концов, мы обнаружили, что те же самые простые основные принципы, которые управляют резонансом в простых механических системах, также применимы к этим чрезвычайно сложным физиологическим системам», — сказал Робертсон, автор статьи.