Но до сих пор, никто не нанес на карту сложную физиологию тела – который в передвижении включает многократные мышцы ноги-сухожилия, пересекающие бедро, колено и голеностопные суставы, вес тела и управляющие сигналы от мозга – с довольно простой физикой весеннего поведения конечности.Используя «Аватар» – как биоавтоматизированная моторная система, которая объединяет реальную мышцу и сухожилие наряду с управляемым компьютером стимулятором нерва, действующим как спинной мозг аватара, исследователи Университета штата Северная Каролина взяли гигантский прыжок ближе к пониманию передвижения от ноги. Результаты могли помочь создать автоматизированные устройства, которые начинают сливать человека и машину, чтобы помочь человеческому передвижению.
Несмотря на сложную включенную физиологию, инженер-биомедик государства NC Грег Соики и Темпльский университет постдокторское шоу исследователя Бена Робертсона, что, если Вы знаете массу, жесткость и рычаги основного отделения мышцы-сухожилия лодыжки, Вы можете предсказать нервные стратегии управления, которые приведут к весеннему поведению.«Мы пытались построить передвижение с самого начала, начиная с единственной единицы мышцы-сухожилия, основного источника энергии для передвижения во всех вещах то движение», сказал Грег Соики, адъюнкт-профессор в государстве NC и Отделе Сустава Чапел-Хилла UNC Биоинженерии и соавторе работы, опубликованной на Слушаниях Национальной академии наук, которая описывает работу. «Мы соединили ту единицу мышцы-сухожилия с двигателем в таможенном автоматизированном интерфейсе, разработанном, чтобы моделировать то, что единица мышцы-сухожилия ‘чувствует’ в ноге, и затем электрически стимулировала мышцу, чтобы получить сокращения, идущие на настольное».
Исследователи показали, что настройка резонанса – вероятный механизм позади эластичного поведения ноги во время передвижения. Таким образом, электрическая система – в этом случае нервная система тела – ведет механическую систему – отделение мышцы-сухожилия ноги – на частоте, которая обеспечивает максимальный ‘удар для доллара’ с точки зрения эффективной выходной мощности.
Sawicki уподобил резонанс, настраивающийся на взаимодействие с игрушкой в обтяжку. «Когда Вы получаете его колеблющийся хорошо, Вы едва должны двигать рукой – это – выбор времени сил взаимодействия, который имеет значение.«В передвижении резонанс прибывает из настройки взаимодействия между нервной системой и ногой, таким образом, они сотрудничают», сказал Соики. «Оказывается, что, если я знаю массу, рычаги и жесткость единицы мышцы-сухожилия, я могу сказать Вам точно, как часто я должен стимулировать его, чтобы получить резонанс в форме весеннего, упругого поведения».
Результаты имеют последствия дизайна, относящиеся к проектированию экзоскелетов для здоровых людей, а также экзоскелета или протезных систем для людей с нарушениями опорно-двигательного аппарата.«В конце мы нашли, что те же самые простые основные принципы, которые управляют резонансом в простых механических системах также, относятся к этим чрезвычайно сложным физиологическим системам», сказал Робертсон, соответствующий автор статьи.