پله هایی با قابلیت بازیافت انرژی برای مبتلایان به دردهای مفصلی

بالا و پایین رفتن از پله ها، روز به روز برای افرادی که دچار دردهای مفصلی هستند ساده تر می شود. محققان پله هایی ساخته اند که در زمان پایین آمدن شما از پله ها، انرژی را ذخیره می کنند، در حالی که در حین بالا رفتن، به شما کمک می کنند.

گویا آی تی – این پله های هوشمند، به کمک فنرهای درون ساخت و حسگرهای فشار، فشار وارده به زانوها و مچ پا را در حین بالا رفتن از پله کاهش می دهند. این پله تعاملی می تواند یک جایگزین کم هزینه، و کارامد برای پله های برقی و آسانسورهای پر هزینه باشد.
لنا تینگ، یکی از محققان این پروژه از موسسه فناوری جورجیا می گوید:” پایین آمدن از پله مانند فشار دادن پدال ترمز اتومبیل است، در حالی که بالا رفتن مانند افزایش دور موتور است.”
” پاهای شما برای پایین آمدن از پله ها، انرژی زیادی را برای حفظ تعادل و جلوگیری از سقوط مصرف می کنند. این پله ها، به جای تلف کردن، این انرژی را ذخیره می کنند.”
بالا و پایین رفتن از پله ها، نسبت به راه رفتن روی سطح هموار، سه برابر بیشتر به زانوهای ما فشار وارد می کند. این کار برای افرادی که دچار دردهای مفصلی، ضعف عضلانی و ضعف در کنترل های حسی-حرکتی هستند، چالش برانگیز تر بوده، و یکی از ۵ کاری است که بیشترین سختی را برای سالمندان دارد.
اگرچه امروزه آسانسورها و پله های برقی در بالارفتن از پله ها به افراد سالمند و معلول کمک می کنند، این راه حل ها بسیار پر هزینه بوده و معمولا برای نصب آن ها باید خانه را دوباره مدلسازی کرد.
بعلاوه، این سیستم ها هر سال بیش از ۱۲۰۰۰ کیلو وات ساعت انرژی مصرف می کنند، که معادل نصف میزان مصرف انرژی خانگی آمریکا در سال ۲۰۰۹ است.
از آن جایی که حفظ و نگهداری این سیستم ها، ارتباط تنگاتنگی با میزان کارکرد آن دارد، تکیه کردن به آسانسورها و پله های برقی در نهایت خسارات بیشتری به بار خواهد آورد.
تینگ می گوید:” در زمان بیماری و سالمندی، راه رفتن و مستقل بودن،ر این رابطه، برای به حداکثر رساندن کیفیت زندگی، نکته بسیار مهمی است.”
ایده اصلی پروژه، ابتدا یک جفت کفش پروتزی با قابلیت بازیافت انرژی بود تا به افراد کمک کند پله ها را راحت تر بالا بروند.
اما تیم پروژه متوجه شد که بالا رفتن از پله ها در واقع بخش آسان تر قضیه است. کار سخت تر را زمانی در پیش دارید که می خواهید از پله ها پایین بیاید، زیرا انرژی زیادی صرف جلوگیری از سقوط می شود.
کارن لیو، یکی دیگر از محققان این پروژه از موسسه فناوری جورجیا می گوید:” برخلاف راه رفتن که در آن با هر بار فشار دادن پاشنه مقداری انرژی آزاد می شود که می توان آن را در مرحله بعد به صورت پتانسیل ذخیره کرد، در بالارفتن از پله اتلاف انرژی بسیار کمتر است؛ بیشتر انرژی که شما مصرف کنید به صورت پتانسیل تبدیل می شود و شما را بالا می برد.”
“اما من متوجه شدم که پایین آمدن از پله‌ها اتلاف انرژی بسیار بیشتری دارد. در هنگام پایین آمدن شما برای جلوگیری از سقوط انرژی صرف می کنید و من فکر کردم که چقدر خوب می شود اگر بتوانیم انرژی تلف شده در حین پایین آمدن را ذخیره کنیم و در حین بالا رفتن از پله آن را به فرد بازگردانیم.”
پژوهشگران با توجه به این ایده تلاش کردند مجموعه پله هایی را طراحی کنند که بتواند از انرژی خود فرد برای بالا رفتن از پله ها استفاده کند.
هر پله دارای فنرهای درون ساخت و سنسور های فشار است که به حرکات فرد پاسخ می دهند. زمانی که فرد از پله ها پایین می آید، هر پله به آرامی پایین رفته و زمانی که به ارتفاع پله بعدی می رسد، در آن چفت می شود و به این ترتیب انرژی صرف شده توسط فرد ذخیره خواهد شد.
هنگامی که فرد می خواهد از پله ها بالا برود، با باز شدن چفت پایین ترین پله و آزاد شدن انرژی ذخیره شده در فنرها، فرد می تواند پای خود را بلند کند.
زمانی که تیم پروژه، محصول خود را روی نه فرد متفاوت آزمایش کردند، دریافتند که بالا رفتن از این پله های کم مصرف (از نظر انرژی)، برای زانوهای یک فرد، ۳۷ درصد آسان تر از بالارفتن در پله های معمولی است.
هم چنین نتایج نشان داد که در حین پایین آمدن از پله نیز فشار وارد شده به مچ پا در این نوع پله ها ۲۶ درصد کاهش یافته است.
یون سئونگ سانگ، یکی از اعضای دیگر این تیم از دانشگاه علوم و فناوری میزوری، می گوید:” فنرهای به کار رفته در پله ها، به جای مچ پا، مشابه لنت ترمز عمل می کنند.”
“حرکت آهسته پله به سمت پایین موجب راحتی کار برای مچ پا می شود، اندامی که تعادل شما را حفظ کرده و از سقوط و حرکات بیش از حد تند در پله های معمولی جلوگیری می کند.”
این پله های کمکی راه حلی کم هزینه و مقرون به صرفه برای افرادی که دچار صدمات یا دردهای مفصلی هستند، ارائه می کند. بعلاوه برای افرادی که مدتی کوتاه نیاز به استفاده از آن دارند، مانند زنان باردار یا افرادی که به تازگی عمل جراحی داشته اند، می توان این پله ها به صورت موقت نصب کرد.
لیو می گوید:” پله های کمکیِ کم هزینه با نصب آسان می تواند روشی مناسب برای بازیابی توانایی های افراد باشد، تا زمانی که بتوانند از پله های معمولی استفاده کنند.”