Исследователи из Китая представили первое в мире портативное подводное экзоскелетное устройство, способное поддерживать движение коленного сустава у аквалангистов. По словам учёных, система заметно уменьшает мышечные усилия и сокращает расход воздуха — а значит, позволяет дольше оставаться под водой и снижает риск усталости.
Но зачем вообще человеку подводный экзоскелет? Оказывается, наша эволюция сделала нас отличными ходоками на суше, но довольно неэффективными пловцами. Вода создаёт мощное сопротивление, поэтому перемещение под водой требует намного больше энергии, чем ходьба по земле. Даже существующие наземные экзоскелеты, способные экономить энергию человека при ходьбе, плохо подходят для работы в воде — слишком разные условия, движения и нагрузки. Разработка из Китая может изменить эту ситуацию.
Как устроена технология
Новый экзоскелет представляет собой двустороннюю кабельную систему, которая крепится к ногам и помогает сгибать колени во время движения. Устройство создаёт поддерживающий крутящий момент в реальном времени, помогая выполнять «флаттер-кик» — быстрые удары ногами, которые обеспечивают основную тягу при плавании в ластах.
За естественность движений отвечает комплекс датчиков и алгоритмов: система отслеживает положение тела и силу воздействия, подстраиваясь под стиль плавания конкретного человека. В итоге механизм не мешает, а буквально «сливается» с движениями дайвера.
Работоспособность экзоскелета проверили на шести опытных подводниках. Результаты оказались впечатляющими:
- расход воздуха снизился в среднем на 22,7%,
- нагрузка на мышцы квадрицепса упала на 20,9%,
- активность икроножных мышц уменьшилась на 20,6%.
Иными словами, дайверы тратили меньше усилий и при этом сохраняли естественный стиль плавания.
Зачем это нужно
По мнению авторов разработки, экзоскелет способен стать важным инструментом для подводных исследователей, строителей и спасателей. Снижение нагрузки и экономия воздуха означают, что специалисты смогут работать дольше и безопаснее, а испытания показали: адаптация к устройству происходит быстро.
Кроме того, эта технология открывает новые возможности в изучении биомеханики человека под водой. Экзоскелет можно использовать как исследовательскую платформу — для анализа движений, разработки новых методик обучения дайверов и создания более эффективного оборудования.
Интересно, что ранее инженеры уже экспериментировали с «биовдохновленными» подводными экзоскелетами — например, костюмами, имитирующими движения пингвинов или дельфинов. Новая китайская разработка идёт по другому пути: вместо копирования природы она усиливает человеческие движения так, чтобы компенсировать наши биологические ограничения.
Исследование опубликовано в журнале IEEE Transactions on Robotics.
