Ο απίστευτος μηχανισμός που κρατά τον άνθρωπο όρθιο ενώ τρέχει

 Runbeat Team   2021-02-14 9:31  

Ο απίστευτος μηχανισμός που κρατά τον άνθρωπο όρθιο ενώ τρέχει


Κάτι που για τον άνθρωπο αποτελεί καθημερινότητα και δεδομένο φαίνεται τελικά ότι είναι ιδιαίτερα πολύπλοκο και πραγματοποιείται με μοναδικό τρόπο.

Το γεγονός ότι ο άνθρωπος μπορεί να τρέξει χωρίς να πέσει θεωρείται ένα τεράστιο επίτευγμα για τους επιστήμονες, οι οποίοι στην προσπάθειά τους να φτιάξουν ρομπότ που να λειτουργούν με βάση τα ανθρώπινα πρότυπα διαπίστωσαν ότι αυτό είναι εξαιρετικά δύσκολο.

Όπως φαίνεται από τις έρευνες που έχουν γίνει, το ανθρώπινο σώμα βαθμονομείται συνεχώς κάνοντας μικροσκοπικές προσαρμογές για να μας εμποδίσει από το να πέσουμε.

Οι δρομείς συνεχώς - και ασυνείδητα - κάνουν μικρές διορθώσεις στον τρόπο που τρέχουν προκειμένου να διατηρήσουν το σώμα τους σε όρθια θέση, σύμφωνα με πρόσφατη μελέτη.

«Ίσως πιστεύετε ότι το τρέξιμο είναι απλώς μια επανάληψη πανομοιότυπων βημάτων και ναι, έτσι μπορεί να μοιάζει με γυμνό μάτι», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Νίντχι Σιθαπάθι, όμως όπως πρόσθεσε «υπάρχουν πραγματικά μικρά λάθη που συμβαίνουν όταν τρέχετε και πρέπει να διορθώσετε για να αποφύγετε την πιθανότητα πτώσης. Οι μύες και οι αισθήσεις μας δεν είναι τέλειοι και αυτό οδηγεί σε σφάλματα που μπορούν να προκαλέσουν πτώση. Η μελέτη μας διερευνά το πώς οι άνθρωποι διορθώνουν τέτοια λάθη και παραμένουν όρθιοι».

Η μελέτη πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο της διδακτορικής διατριβής του κ. Σιθαπάθι στη μηχανική και την αεροδιαστημική μηχανική στο The Ohio State University, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό eLife. Μάλιστα χάρη σε αυτή τη μελέτη ο Σαπάθι κέρδισε μία μεταδιδακτορική θέση στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας.

Ο συν-συγγραφέας της μελέτης, Μανόι Σρινιβάσαν πρόσθεσε από την πλευρά του ότι «το σώμα μας σχεδόν υποσυνείδητα ωθεί όλες αυτές τις μικροσκοπικές κινήσεις που μας διατηρούν όρθιους και αυτό θέλαμε να καταλάβουμε».

Τα τεστ που εξέπληξαν

Για να καταλάβει πώς οι άνθρωποι τρέχουν χωρίς να πέφτουν, η ερευνητική ομάδα έβαλε εθελοντές να τρέχουν σε διαδρόμους με τρεις διαφορετικές και σταθερές ταχύτητες. Η ομάδα παρακολούθησε και μέτρησε την κίνηση στον κορμό του κάθε δρομέα, την τοποθέτηση κάθε βήματος και τη δύναμη με την οποία το πόδι σπρώχνει στο έδαφος. Οι εθελοντές ήταν απλά μέσοι δρομείς και μαραθωνοδρόμοι.

Από τις μετρήσεις διαπιστώθηκε ότι οι δρομείς διόρθωναν αυτόματα μικρές αποκλίσεις στην κίνηση του κορμού τους - το κέντρο μάζας τους - κάνοντας μικρές αλλαγές στο μέρος που προσγείωναν το βήμα και κάνοντας μικρές προσαρμογές στη δύναμη με την οποία το πόδι τους χτυπούσε το έδαφος. Ο Σιθαπαθί και ο Σριναβάσαν διαπίστωσαν ότι θα μπορούσαν να προβλέψουν πώς οι δρομείς θα άλλαζαν τα βήματα ή τη δύναμή τους σημειώνοντας αλλαγές στη θέση του κορμού τους.

Επίσης διαπίστωσαν ότι οι δρομείς, σε γενικές γραμμές, διόρθωσαν τις ατέλειες σε ένα βήμα από τα επόμενα βήματά τους, υποδεικνύοντας ότι το ανθρώπινο σώμα έχει τη δυνατότητα να "διορθώσει" το βάδισμα του για να παραμείνει όρθιο. Αξιοσημείωτο είναι επίσης το γεγονός ότι οι ατέλειες σε ένα στιλ τρεξίματος που θα είχε προκαλέσει την πτώση ενός δρομέα προς το πλάι διορθώθηκαν από τους δρομείς πιο γρήγορα σε σχέση με σφάλματα που θα είχαν προκαλέσει την ανατροπή ενός δρομέα προς τα μπροστά ή προς τα πίσω.

Η ικανότητα του ανθρώπου παράδειγμα στη ρομποτική

Να σημειωθεί, επίσης, ότι κανένα από τα λάθη που εξετάστηκαν σε αυτή τη μελέτη δεν περιελάμβανε εξωτερικούς παράγοντες, όπως για παράδειγμα μια ρωγμή στο πεζοδρόμιο ή μια ρίζα δέντρου σε ένα μονοπάτι. Αυτό που αποδείχθηκε ήταν η μεγάλη ικανότητα του ανθρώπινου σώματος να διατηρείται όρθιο ενώ κινείται κάτι που τα ρομπότ, γενικά, δυσκολεύονται να κάνουν.

«Προσπαθούμε να εργαστούμε πάνω στη διασταύρωση της ρομποτικής και της ανθρώπινης κίνησης. Επειδή χρησιμοποιούμε μετρήσεις που παραδοσιακά χρησιμοποιούνται στη ρομποτική για την ανθρώπινη κίνηση, παίρνουμε έμπνευση από τους ανθρώπους για να ενημερώσουμε τη ρομποτική κίνηση», τονίζει ο Σιθαπάθι.

«Τα ευρήματα της μελέτης θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ρομπότ που είναι σε θέση να περπατούν ή να τρέχουν χωρίς να πέφτουν εύκολα ή για την κατασκευή ενός εξωσκελετού που κινείται πιο διαισθητικά με το ανθρώπινο σώμα», δήλωσε από την πλευρά του Σρινιβάσαν και πρόσθεσε: «όσον αφορά την κίνηση, οι άνθρωποι είναι απίστευτα ανώτεροι από τα τρέχοντα ρομπότ. Η έρευνά μας είναι ένα είδος αντίστροφης μηχανικής του ανθρώπινου σώματος, που έχει ως σκοπό την κατανόηση του πώς οι άνθρωποι και τα ζώα ελέγχουν το σώμα τους για να κάνουν αυτές τις εκπληκτικές εργασίες. Ενώ το περπάτημα και το τρέξιμο ίσως δεν ακούγονται καταπληκτικά για τους ανθρώπους - γιατί είναι κάτι που οι περισσότεροι άνθρωποι κάνουν σχεδόν κάθε μέρα - υπήρξαν πολλές τεχνικές προκλήσεις για να φτιαχτεί ένα ρομπότ που να μπορεί να περπατήσει ή να τρέξει χωρίς να πέσει ή να χτιστεί ένας εξωσκελετός, για παράδειγμα, που μπορεί να βοηθήσει έναν άνθρωπο να ανακτήσει την κίνηση του ενώ αναρρώνει από ένα εγκεφαλικό επεισόδιο».

Όπως διευκρινίζουν οι ερευνητές, ο εξωσκελετός είναι ένας μηχανικός σκελετός ή μέρη ενός σκελετού, που οι άνθρωποι φορούν για να βοηθήσουν το σώμα τους να κάνει τα πάντα, από την ανύψωση βαριών αντικειμένων έως την ανάκτηση της κίνησης μετά από κάποιο τραυματισμό ή εγκεφαλικό επεισόδιο.

Αυτή η μελέτη βασίζεται σε προηγούμενη έρευνα από το εργαστήριο του Σρινιβάσαν και η οποία εξέτασε τον τρόπο με τον οποίο περπατούν οι άνθρωποι.