Un passo alla volta: i ricercatori imparano come cammina l'uomo1) L'energia elastica è immagazzinata, 2) piegatura ginocchia, 3) l'energia elastica è rilasciata (Graphic courtesy of Daniel Renjewski, Oregon State University)Esseri umani e alcuni degli antenati ominidi, come l'Homo erectus, stanno camminando da più di un milione di anni, e i ricercatori sono vicini a capire come lo fanno.


Non è mai stato del tutto chiaro come gli esseri umani compiono quel miracolo di routine, dato per scontato, che chiamiamo camminare, figuriamoci correre.


Ma delle scoperte pubblicate il mese scorso sul Journal of Experimental Biology delineano una specifica interazione tra le caviglie, le ginocchia, i muscoli e i tendini che migliorano la comprensione di come si muove in avanti la gamba, in un modo che massimizza il movimento, consumando quantità minime di energia.


La ricerca potrebbe trovare alcune delle sue prime applicazioni in migliori arti protesici, hanno detto i ricercatori del College of Engineering della Oregon State University. Più avanti, una comprensione più completa di questi principi potrebbe portare a robot che camminano o corrono, molto più agili e a basso consumo energetico di qualsiasi altro che esiste oggi.


"La camminata umana è straordinariamente complessa e non si capisce ancora completamente come funziona", ha detto Jonathan Hurst, professore OSU di ingegneria meccanica ed esperto di locomozione dei robot. E' realmente efficace: camminare è quasi come cadere passivamente. I robot oggi esistenti non camminano affatto come gli esseri umani, non hanno quell'efficienza del movimento e agilità. "Quando impareremo pienamente ciò che fa la gamba umana", aggiunge Hurst, "saremo in grado di costruire robot che funzionano molto meglio".


I ricercatori stanno osservando da lungo tempo un certo tipo di "push off" [=spinta] ad alta potenza quando la gamba lascia il terreno, ma in realtà finora non avevano capito come funziona. Ora credono di esserci riusciti. Lo studio ha concluso che ci sono due fasi in questo movimento:

  1. La prima è una fase di "alleviamento" in cui la gamba che è dietro è sollevata dall'onere di sostenere la massa corporea.
  2. Poi nella fase di "lancio", il ginocchio si piega, consentendo il rapido rilascio di energia elastica immagazzinata nei tendini della caviglia, come l'attivazione di una catapulta.


"Abbiamo calcolato quello che i muscoli possono fare e lo abbiamo trovato insufficiente, di gran lunga, per generare questa potente spinta", ha detto Daniel Renjewski, associato post-dottorato di ricerca nel Laboratorio di Robotica Dinamica all'OSU. "Così abbiamo dovuto cercare un meccanismo che amplifica la potenza".


"Il coordinamento del ginocchio e della caviglia è fondamentale", ha detto. "E contrariamente a quanto ha suggerito qualche altra ricerca, l'energia catapultata dalla caviglia è usata solo per far oscillare la gamba, non aggiunge grandi quantità di energia al movimento in avanti".


I robot che camminano non lo fanno. Molti di loro usano la forza per "oscillare" la gamba in avanti, da qualcosa che assomiglia ad un punto dell'anca. Può essere funzionale, ma non è né efficiente energeticamente, né agile. E per un uso più diffuso di robot mobili, l'uso dell'energia è fondamentale, i ricercatori hanno detto. "Abbiamo ancora una lunga strada da percorrere prima che i robot possano muoversi con l'energia minima che usano gli animali", ha detto Hurst. "Ma questo tipo di ricerca ci porterà più vicino all'obiettivo".


La ricerca è stata finanziata dalla German Research Foundation e da altre istituzioni.

 

 

 

 

 


Fonte: Oregon State University.

Riferimenti: S. Lipfert, M. Gunther, D. Renjewski, A. Seyfarth. Impulsive ankle push-off powers leg swing in human walking. Journal of Experimental Biology, 2013; DOI: 10.1242/jeb.097345

Pubblicato in oregonstate.edu (>English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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