Mencoba memperbarui tangga adalah seperti menciptakan kembali roda: Memperbaiki desain sederhana yang tahan uji waktu bukanlah tugas yang mudah. Namun, bagi orang dengan cedera atau mobilitas terbatas, memanjat tangga bukanlah tugas yang mudah. Dengan meretas fisika navigasi tangga, sebuah tim peneliti biomekanik telah menemukan prototipe yang dapat membantu mendorong tangga, dan penggunanya, ke ketinggian baru.
Konten terkait
- Seni sebagai Terapi: Cara Menua Secara Kreatif
"Ibuku suka mengeluh bahwa dia benar-benar aktif dan dia bisa berjalan jarak jauh, tetapi setiap kali ada tangga dia kesulitan memanjatnya, " kata Karen Liu, seorang profesor ilmu komputer di Institut Teknologi Georgia.
Liu, juga penulis yang sesuai pada studi di PLOS ONE yang menggambarkan prototipe tangga baru, mengakui bahwa naik tangga dinilai sebagai salah satu kegiatan yang paling sulit bagi orang tua atau terluka. Bahkan ketika individu sehat secara fisik dan bergerak, kehilangan kemampuan untuk menavigasi tangga sering kali menjadi faktor penentu yang memaksa orang keluar dari rumah mereka dan masuk ke komunitas yang dibantu.
Prototipe tangga baru memanfaatkan energi ketika seseorang menuruni tangga, dan mendaur ulangnya dalam perjalanan kembali untuk memberi pengguna dorongan. Ini bekerja karena, berlawanan dengan intuisi, orang membuang lebih banyak energi saat turun tangga daripada naik.
Saat menaiki tangga, semua energi yang Anda habiskan untuk mengangkat kaki akan berubah menjadi energi potensial — saat Anda mencapai puncak, Anda lebih tinggi dari sebelumnya. Menuruni tangga adalah cerita lain. Dengan setiap langkah, tubuh Anda pada dasarnya berada dalam kejatuhan yang terkendali, dan energi yang dikeluarkan otot-otot Anda untuk mencegah jatuh terjerembab ke dasar. Liu berpikir bahwa energi yang terbuang dapat ditangkap dan dikembalikan pada pendakian ke atas.
"Tidak mungkin saya bisa membuat perangkat seperti itu, " kata Liu. Sebagai seorang ilmuwan komputer, dia punya ide bagus tetapi tidak ada cara untuk benar-benar membangun prototipe. Dia menoleh ke Lena Ting, profesor teknik biomedis di Universitas Emory dan seorang ahli dalam bidang kinetika manusia. "Tidak ada yang tahu gerakan lebih baik daripada Lena, " katanya. Bersama dengan peneliti pasca-doktoral Ting saat itu Yun Seong Song, mereka menyatukan kepala mereka dan menyempurnakan desain.
Yang mengejutkan mereka, menemukan kembali roda adalah sepotong kue. "Itu tidak sesulit yang saya kira, " kata Song. "Kami bertujuan untuk kesederhanaan — kami tidak mencari robot mewah yang dapat bergerak dan berbicara dan membuat keputusan yang baik." Mereka hanya mencoba meretas ke dalam mekanika yang sudah terjadi setiap kali Anda naik atau turun tangga.
Setiap tapak tangga bantu daur ulang energi prototipe mereka melekat pada pegas. Dalam perjalanan menuruni tangga, tekanan dari setiap langkah mendorong platform yang bergerak, menekan pegas dan mengunci tapak di tempatnya dengan kunci elektromagnetik. Pegas terkompresi menangkap dan mempertahankan energi yang seharusnya dihamburkan. Dalam perjalanan kembali, pengukur tekanan di setiap tapak merasakan kaki, melepaskan kunci, dan pegas melepaskan energi yang disimpan untuk membantu mendorong pendakian.
"Saya pikir, tidak mungkin ini akan berhasil, " kenang Ting. Langkah-langkah pegas mengingatkan visi ketapel atau ketapel. Tidak apa-apa jika Anda seorang pelawak Olimpiade, tetapi tidak jika Anda adalah orang tua atau orang yang terluka hanya mencoba untuk membuat jalan Anda ke atas.
Mereka melewati beberapa desain pegas dan menetap di pegas ekstensi lembut. Jika Anda berdiri diam di tangga baru mereka, Anda tidak perlu khawatir terlempar ke tangga berikutnya. Tidak sampai Anda bergerak, platform pegas dengan lembut membantu kaki Anda ke tingkat berikutnya. "Itu hanya dapat membantu Anda ketika Anda secara aktif naik atau turun, itu tidak dapat mendorong Anda, " kata Ting.
Berjalan menuruni tangga mereka "terasa seperti berjalan menuruni bukit dengan tanah yang sangat lembut, " kata Song. “Sepertinya kamu memiliki bantal di setiap langkah, dan saat kamu berjalan kamu akan memerasnya. Kamu merasakan gravitasi rendah. ”Sensasi itu mudah dikuasai untuk subjek uji yang mereka bawa ke lab.
Naik di sisi lain, "Sepertinya seseorang benar-benar mengangkat kaki Anda, " kata Song. Semua orang telah menyelinap melalui rumput basah di tengah hujan, tetapi merasakan bantuan hantu saat Anda menaiki tangga? Butuh beberapa waktu untuk membiasakan diri. Namun, setelah lebih dari 300 uji coba berjalan, mereka melaporkan tidak ada masalah dengan keselamatan. Mereka juga menggunakan sensor untuk mengukur aktivitas bersama, dan menunjukkan bahwa naik tangga bantuan membutuhkan pekerjaan yang jauh lebih sedikit daripada apa yang dikeluarkan pada tangga konvensional. Terlebih lagi, prototipe mereka datang bersama untuk sebagian kecil dari harga memasang lift atau tangga.
Dengan hasil yang menjanjikan ini, tim berharap mereka punya produk yang bisa dipasarkan untuk membuat hidup lebih mudah bagi orang tua atau terluka. "Tangga daur ulang energi adalah ide bagus, " kata Steve Collins, profesor teknik mesin di Carnegie Mellon University yang tidak terlibat dengan penelitian ini.
"Otot kita adalah hal yang luar biasa, " kata Collins. Mereka tumbuh lebih kuat untuk memenuhi kebutuhan kita, mereka menghabiskan bahan bakar yang kita suplai dari lingkungan, dan mereka menyembuhkan diri mereka sendiri. "Setiap insinyur akan senang bisa melakukan beberapa hal, " katanya, tetapi untuk semua kemampuan mereka yang luar biasa, satu hal yang buruk pada otot adalah daur ulang energi. Dengan tangga baru ini, kata Collins, para penemu telah meretas fisika untuk melakukan apa yang tidak bisa dilakukan otot kita. "Mereka secara efisien menangkap dan mengembalikan energimu."
Karena tangga mudah dan murah untuk dipasang, Collins berpikir mereka dapat memungkinkan orang tua atau orang dengan mobilitas terbatas untuk tinggal di rumah mereka sedikit lebih lama. "Ini benar-benar bisa membuat perbedaan bagi banyak orang, " katanya. "Dengan sedikit perubahan ... kupikir ini bisa menjadi produk yang bagus."
Liu dan timnya memiliki paten sementara di tangga bantuan mereka, tetapi memasarkan penemuan mereka akan tergantung pada minat. Mereka punya banyak ide, dan bahkan bisa mengimplementasikan serangkaian fitur baru untuk tangga mereka seperti menyimpan energi yang ditangkap untuk digunakan dalam aplikasi lain. Alih-alih membantu menaiki tangga, misalnya, mereka dapat mengubah-ubah mekanisme yang dapat mengubah energi itu untuk mengisi daya ponsel.
Berikutnya di map mereka hanya mengembangkan satu set tangga penuh yang akan dibangun di atas prototipe yang ada, namun. Pada akhirnya, tujuan mereka adalah membantu mereka yang memiliki mobilitas tetap tinggal di rumah mereka. Liu bercerita menunjukkan kepada ibunya tangga prototipe mereka. "Komentarnya adalah, 'Yah, sebaiknya kamu bergegas.'"
