News Release

外骨格を使って発電しながら歩行の代謝コストを削減する

Peer-Reviewed Publication

American Association for the Advancement of Science (AAAS)

ある外骨格は、他の外骨格が行っているようにエネルギーを加えるまたは1つの歩行相のエネルギーを別の歩行相にリサイクルすることによってではなく、大股に歩いている人が振り動かしている足の運動エネルギーを取り除くことで歩行の代謝コストを削減でき、そのため、筋肉をそれほど緊張させる必要がない。健康な男性10名で試験したころ、取り除いた運動エネルギーが利用可能な電気に変換された。ヒトは例外的に歩行を行うが、歩行は代謝的には不経済であり、他のどの日常生活活動よりも多くのエネルギーを要する。外骨格と外骨格スーツ(人体の筋骨格系と連動するようデザインされた装着型デバイス)は、エネルギーを加えるまたはリサイクルすることで人体の動きを支援し、このコストを削減することが示されている。このようなデバイスは人体の機械的エネルギーを「回収」して利用可能な電気エネルギーに変換するようにも設計されている。しかし、これらの生体力学エネルギーの回収は、ユーザーに正味の代謝上の利益を与えてはいない。今回、Michael Shepertyckyらが、ユーザーの全体的な代謝エネルギー消費を削減しつつ歩行の機械的エネルギーを回収して電気エネルギーに変換できる外骨格デバイスを発表した。Shepertyckyらのデバイスは、エネルギーを追加して動作を補う代わりに、歩行周期中の膝を振り動かす相で運動エネルギーを戦略的に取り除き、足の外向きの振りを制御し遅延させるときに、上腿の筋肉を操作する体のコストを「生物学的中断」として効率的に節約する。取り除いた運動エネルギーは組み込まれた発電機で電気エネルギーに変換する。結果によれば、健康な男性ユーザー10名で、この方法によって歩行の代謝コストが3.3%も低下するとともに、取り除いたエネルギーが歩行周期あたり約0.25ワットに変換された。Perspectiveで、Raziel Reimerらがこの研究の意義について詳細に述べている。

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