Покачивания при ходьбе экономит энергию

В июне 2000 года лондонский Мост Миллениум, связывающий бизнес квартал Бэнксайд с Лондонским Сити был официально открыт благотворительной прогулкой. Участники заставили мост раскачиваться, так как они шли друг с другом в шаг, и после всего лишь двух дней мост был закрыт на два года для проведения улучшений, которые исключат колебание. Оказывается, раскачивание в определенный такт имеет свои преимущества, поскольку исследователи обнаружили, что это уменьшает количество энергии, затрачиваемой при ходьбе по мосту.

Физическая причина раскачивания моста легко объяснима, синхронное естественное движение людей из стороны в сторону привело к тому, что подвесной мост начал раскачиваться из стороны в сторону. Тем не менее, исследователи из Университета штата Огайо решили выяснить, почему люди, чувствуя, что мост раскачивается под ними, продолжали ходить так же. Ответ, который Манодж Шринивасан (Manoj Srinivasan), доцент кафедры машиностроения и управляющий Лабораторией движения в Университете и его коллеги назвали «принципом максимальной лени».

Шринивасан и его команда пытаются разработать полную теорию, объясняющую, почему люди ходят так как они ходят, которая могла бы помочь в разработке протезов и других вспомогательных устройств для ходьбы и движения роботов. Ученого заинтриговало то, как люди, пересекающие мост Миллениум, спонтанно попадали в такт, чтобы раскачать мост, что заставило еще большее количество людей - будь то сознательно или бессознательно – попадать в тот же такт и раскачивать мост еще сильнее.

Понятно, что главной задачей при ходьбе является стабильность, а исследователи говорят, что следующим приоритетом при ходьбе, оказывается, является сохранение энергии и это именно то, что люди, пересекающие мост, делали. Согласно Шринивасану, хождение по качающейся поверхности требует меньшего количество энергии, примерно на 5%, чем хождение по неподвижной поверхности.

«Конечно, люди должны чувствовать себя устойчиво, но как только они устойчивы, они хотят двигаться таким образом, чтобы меньше уставать», говорит Варун Джоши (Varun Joshi), докторант и ведущий автор исследования. «Пять процентов, вроде как, не такое огромное количество энергии для экономии, но это эквивалент ходьбе с или без школьного рюкзака. Это не огромная нагрузка, но это то, что люди замечают».

Поэтому, даже если это приводит к экономии только небольшого количество энергии, исследователи говорят, что люди, скорее всего, изменят ритм, длину и ширину своего шага. Чтобы проверить свою теорию, они создали компьютерную модель упрощенного человеческого тела, шагающего как по плоской поверхности беговой дорожки, так и по беговой дорожке с поверхностью, где пружинистость и колебания соответствуют оригинальному дизайну моста Миллениум.

В то время как модель подскакивала, как мы обычно делаем при ходьбе по ровной поверхности, на колеблющейся поверхности модель подпрыгивала меньше, достигая одинакового «рабочего хода». Другими словами, модели не нужно было отталкиваться так же сильно, чтобы достигать того же результата, что означает, что от ног требуется меньше усилий. Тем не менее, исследователи говорят, что частота раскачивания и свойства моста должны быть как раз для такого сокращения энергии - свойства, которые Мост Миллениум потерял с добавлением амортизаторов перед его открытием в 2002 году.

Видео разработанной компьютерной модели вы найдете внизу, исследование команды было опубликовано в журнале Proceedings of the Royal Society A.

Facepla.net по материалам: news.osu.edu

Комментарии: