No importa qué tan bien diseñado estén, no hay zapatos para correr que permitan a los corredores igualar la velocidad de los ciclistas. La bicicleta fue un invento clave que duplicó la velocidad de los humanos. Pero, ¿qué pasaría si un nuevo tipo de calzado permitiera a las personas correr más rápido imitando la mecánica del ciclismo? Sobre esta pregunta, un estimado colega, ingeniero mecánico, nos comparte el siguiente artículo escrito por David Braun y publicado en The Conversation el 15 de mayo de 2020.  Veamos de qué se trata…

Braun nos explica: Esta pregunta es la que mis alumnos del Center for Rehabilitation Engineering & Assistive Technology de Vanderbilt y yo exploramos mientras desarrollamos una nueva teoría de los exoesqueletos robóticos impulsados ​​por resortes. Se nos ocurrió un concepto para un nuevo tipo de exoesqueleto de miembros inferiores que podría permitir que el humano más rápido del mundo alcance una velocidad de 18 metros por segundo o aproximadamente 40 millas por hora.

La vanguardia de las zapatillas para correr de hoy es la Nike Vaporfly, que permite a los corredores usar un 4% menos de energía que las zapatillas estándar. El tres veces medallista olímpico Eliud Kipchoge los usó recientemente para correr un maratón en menos de dos horas. Aunque el Vaporfly volcó el mundo de la carrera profesional al aumentar la eficiencia de las zapatillas estándar, no ofrece las ventajas del ciclismo ni altera fundamentalmente la física de la carrera.

Ha habido mucha investigación y desarrollo en exoesqueletos robóticos que aumentan el poder humano. Estos utilizan actuadores y energía externa: motores y baterías. Pero no han ayudado a los humanos a correr más rápido. Los resortes también se han utilizado para fabricar prótesis de alta tecnología para corredores paralímpicos, pero no se ha demostrado que brinden una ventaja injusta en comparación con las piernas. Para la velocidad accionada por humanos, la bicicleta ha sido la campeona reinante durante más de un siglo.

Correr versus ciclismo

La primera máquina de correr fue una bicicleta sin pedales. Redujo el costo de energía de correr al soportar el peso del cuerpo en un asiento y usar ruedas para evitar la inevitable pérdida de energía cuando los corredores pisan.

Pero las primeras bicicletas no permitían a los ciclistas moverse más rápido que los corredores porque el ciclista se impulsaba empujándose contra el suelo con las piernas, al igual que correr. Lo que cambió completamente el juego para andar en bicicleta fue la invención del mecanismo de pedaleo, que permitió que las piernas impulsaran al ciclista continuamente en lugar de solo cuando el pie toca el suelo.

La ventaja de velocidad de la bicicleta sobre correr no ha perdurado por falta de intentos. La gente ha estado imaginando las patas de los muelles y refinando los muelles para correr durante generaciones, pero estos muelles no son como una bicicleta con pedales porque no permiten que las piernas suministren energía cuando están fuera del suelo.

La robo-bota

Para aplicar la ventaja de andar en bicicleta a la carrera, se nos ocurrió un concepto para un nuevo tipo de robo-bota que emula la función de los pedales de bicicleta. Usando la bota robótica, los corredores suministran energía al comprimir un resorte con cada pierna mientras está en el aire. Con cada paso, el resorte libera su energía almacenada empujando contra el suelo más rápido y más fuerte de lo que las piernas podrían hacer.

Descubrimos que una bota robótica ideal permitiría al corredor más rápido de la Tierra usar sus piernas el 96% del tiempo de paso para correr más rápido que 20 metros por segundo, comparable a la velocidad máxima del ciclismo. Una robo-bota más práctica que se usa sólo alrededor del 60% del tiempo del paso podría ayudar a un corredor a alcanzar una velocidad máxima de 18 metros por segundo. Eso es 50% más rápido que la velocidad récord mundial de 12 metros por segundo en el sprint de 100 metros.

El componente de alta tecnología de la robo-bota es un resorte de rigidez variable que puede aumentar su rigidez sin cambiar su energía almacenada. La rigidez del resorte determina la fuerza con la que puede empujar contra el suelo para acelerar el cuerpo del corredor: cuanto más rígido sea el resorte, mayor será la fuerza dada la misma compresión del resorte.

Los resortes convencionales como los de las plumas retráctiles tienen una rigidez constante basada en el material, la forma y el tamaño del resorte. Los resortes de rigidez variable son un tipo especial de resorte que puede cambiar de forma o tamaño. Un tipo de resorte de rigidez variable aumenta la rigidez al acortarse. Un mecanismo acorta el resorte moviendo el punto de fijación del resorte desde su extremo hasta su centro. El mecanismo en la bota robótica acorta el resorte cuando el corredor extiende su pierna en el aire.

Aumentar la rigidez del resorte a medida que el corredor aumenta la velocidad es análogo a cambiar a una marcha más alta en una bicicleta mientras un ciclista incrementa su velocidad. Esto permite a los corredores suministrar más energía y evitar la limitación biomecánica del suministro de energía sólo durante el corto tiempo de contacto con el suelo de la carrera de alta velocidad.

Próximos pasos

Las bicicletas de carreras modernas casi duplican la velocidad máxima de carrera. Las botas robóticas que aprovechan la mecánica de las bicicletas podrían permitir que las personas corran más rápido sin motores y baterías fuertes. Estos dispositivos más portátiles y alimentados por energía humana podrían permitir una adopción más generalizada de la tecnología robótica portátil, y podrían ampliar los límites de su uso para búsqueda, rescate, aplicación de la ley y por supuesto, para deportes.

¿Qué significaría para los socorristas poder moverse un 50% más rápido? ¿Usted cree que una zapatilla para correr que proporcione un aumento de velocidad del 50% generaría un nuevo evento en los Juegos Olímpicos similar al patinaje sobre hielo y las carreras de bicicletas?

Utilizando la ciencia y la tecnología robótica avanzada, podemos imaginar robo-botas de próxima generación que ofrezcan el primer gran impulso al movimiento impulsado por humanos desde la invención del pedal de bicicleta en el siglo XIX.

Fuente:

https://theconversation.com/robo-boot-concept-promises-50-faster-running-134105