Exoskelet maakt lopen zeven procent efficiënter

Hoewel de mens al behoorlijk efficiënt loopt, maakten Amerikaanse wetenschappers lopen nóg energiezuiniger. Door een veer via een exoskelet aan de onderbenen te bevestigen, loop je tot zeven procent zuiniger. Dat is volgens de onderzoekers te vergelijken met het verschil tussen voortbewegen met of zonder een rugzak van vijf kilo.

3 april 2015

Ondanks onze relatief zuinige manier van voortbewegen, zijn we tijdens ons leven de meeste energie kwijt aan lopen. En dat terwijl computersimulaties laten zien dat lopen op een vlak oppervlak theoretisch eigenlijk nauwelijks energie hoeft te kosten. Al tientallen jaren proberen wetenschapper lopen efficiënter te maken. Dat is gelukt, maar in vrijwel alle gevallen is er een aangedreven exoskelet voor nodig dat werkt op bijvoorbeeld batterijen.

Via dit exoskelet wordt er een veer aan het onderbeen bevestigd. Hierdoor gaat het lopen tot 7 procent efficiënter. — Het exoskelet.
Stephen Thrift/North Carolina State University

Onderzoekers van Carnegie Mellon University en North Carolina State University doen de truc nu zónder dat er een externe energiebron voor nodig is. Ze publiceren deze week in Nature over een systeem waarmee een veer aan het onderbeen wordt bevestigd. Doordat het de kuitspieren ontlast, gaat lopen tot zeven procent efficiënter. Dat is volgens de onderzoekers te vergelijken met het verschil tussen lopen met of zonder een rugzak van vijf kilo.

Geen nuttige arbeid

De veer is bevestigd aan de hiel en loopt naar boven. Via een koord is het vastgemaakt aan een klem net onder de knieholte. De veer wordt langzaam gespannen op het moment dat het been naar achter beweegt en ontspant bij de afzet van de voet, waarbij de opgeslagen energie wordt ‘teruggegeven’ aan de wandelaar.

De crux van het systeem is dat het de kuitspieren ontlast op een moment dat ze eigenlijk geen nuttig arbeid verrichten, maar wél energie gebruiken. Dat is wanneer ze de achillespees strak houden als het been naar achteren beweegt. De wetenschappers bepaalden dat doordat ze de spieren tijdens het lopen onder de loep namen met echografie.

Video waarin de werking van het exoskelet stap voor stap wordt uitgelegd.

De veer is dus in staat werk over te nemen van de kuitspieren maar de energie die hij daarbij opslaat later ook weer terug te geven aan de wandelaar. De uiteindelijke energiebesparing van het systeem werd bepaald door proefpersonen met en zonder exoskelet op een loopband te laten lopen. De zuurstofopname van de proefpersonen is een maat voor de energie die ze gebruiken.

Moeite met lopen

Maar waarom zouden we eigenlijk nog zuiniger willen lopen, als we het eigenlijk al zo efficiënt doen? Gregory Sawicki, biomedisch ingenieur en een van de auteurs van het artikel, zegt op de site van Nature dat hij vaak te horen krijgt dat efficiënter lopen tot meer overgewicht kan leiden. Zelf ziet hij dat heel anders. Juist het gemakkelijker maken van lopen zou mensen die er moeite mee hebben, zoals ouderen, stimuleren om veel langer te blijven bewegen.

Het veersysteem zorgt ervoor dat de kuitspieren ontlast worden. Lopen gaat tot zeven procent efficiënter. — Het veersysteem in actie op de trap.
College of Engineering, Carnegie Mellon University

De wetenschappers willen dergelijke systemen dan ook graag voor minder mobiele personen inzetten. “Je kunt je voorstellen dat deze systemen, die overigens niet veel wegen, uiteindelijk worden gedragen op ledematen die bijvoorbeeld door een beroerte zijn getroffen”, laat hoofdauteur Steve Collins op dezelfde website weten.

Daarnaast willen de onderzoekers kijken of ze het exoskelet kunnen uitbreiden naar de knieën en heupen. Daarmee zou een nog grotere energiewinst te behalen zijn.

Bron: