Tentar atualizar escadas é como reinventar a roda: melhorar um design simples que tenha resistido ao teste do tempo não é tarefa fácil. Para pessoas com lesões ou mobilidade limitada, escalar uma escada também não é tarefa fácil. Ao hackear a física da navegação em degraus, uma equipe de pesquisadores biomecânicos inventou um protótipo que poderia ajudar a impulsionar escadas e seus usuários a novas alturas.
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"Minha mãe gosta de reclamar que é muito ativa e pode caminhar longas distâncias, mas toda vez que tem escadas ela tem dificuldade para escalá-las", diz Karen Liu, professora de ciência da computação do Instituto de Tecnologia da Geórgia.
Liu, também o autor correspondente em um estudo no PLOS ONE que descreve o novo protótipo de escada, reconheceu que subir escadas é classificado como uma das atividades mais difíceis para os idosos ou feridos. Mesmo quando os indivíduos são fisicamente saudáveis e móveis, perder a habilidade de navegar escadas é muitas vezes o fator decisivo que força as pessoas a saírem de suas casas e em comunidades de vida assistida.
O novo protótipo da escada aproveita a energia quando uma pessoa desce as escadas e a recicla no caminho de volta para dar um impulso aos usuários. Funciona porque, contraintuitivamente, as pessoas gastam mais energia descendo escadas do que subindo.
Ao subir as escadas, toda a energia que você coloca em suas pernas é transformada em energia potencial - quando você chega ao topo, você está mais alto do que antes. Descendo as escadas é outra história. A cada passo seu corpo está essencialmente em queda controlada, e a energia que seus músculos gastam para evitar que uma queda sórdida até o fundo seja desperdiçada. Liu pensou que a energia desperdiçada poderia ser capturada e devolvida na subida ascendente.
"Não havia como criar um dispositivo como esse", disse Liu. Como cientista da computação, ela tinha uma boa ideia, mas não tinha como construir um protótipo. Ela se voltou para Lena Ting, professora de engenharia biomédica na Emory University e especialista em cinética humana. "Ninguém conhece melhor o movimento que Lena", diz ela. Juntamente com o pesquisador de pós-doutorado de Ting, Yun Seong Song, eles juntaram suas cabeças e refinaram um design.
Para sua surpresa, reinventar a roda era um pedaço de bolo. "Não foi tão difícil quanto eu pensei que seria", diz Song. “Nosso objetivo era a simplicidade - não iríamos a um robô sofisticado que pudesse se mover, falar e tomar boas decisões.” Eles estavam apenas tentando entrar na mecânica que já acontece toda vez que você sobe ou desce um lance de escadas.
Cada piso de seu protótipo de escada auxiliar de reciclagem de energia é acoplado a molas. Ao descer as escadas, a pressão de cada passo empurra para baixo uma plataforma móvel, comprime as molas e bloqueia o piso com uma trava eletromagnética. As molas comprimidas capturam e mantêm a energia que de outra forma seria dissipada. No caminho de volta, um medidor de pressão em cada piso detecta o pé, libera a trava e as molas liberam a energia armazenada para ajudar a impulsionar a subida.
"Eu pensei, não há como isso vai funcionar", lembra Ting. Etapas carregadas de molas trouxeram à mente visões de catapultas ou estilingues. Tudo bem se você é um saltador olímpico, mas não se você é uma pessoa idosa ou ferida tentando chegar ao andar de cima.
Eles passaram por vários desenhos de molas e se acomodaram em uma mola de extensão suave. Se você ficar parado em suas novas escadas, você não precisa se preocupar em ser catapultado para o próximo pouso. Não é até você estar em movimento que as plataformas de mola suavemente auxiliam o seu pé até o próximo nível. "Ele só pode ajudá-lo quando você está subindo ou descendo ativamente, não pode empurrá-lo", diz Ting.
Descendo as escadas "parece andar em uma colina com terra muito macia", diz Song. “É como se você tivesse uma almofada a cada passo, e quando você desce, está espremendo-os. Você sente baixa gravidade. Aquela sensação era fácil de dominar para os assuntos de teste que eles trouxeram para o laboratório.
Subindo, por outro lado, "é como se alguém estivesse realmente levantando o pé", diz Song. Todo mundo foi esmagado pela grama encharcada na chuva, mas sentindo uma ajuda fantasmagórica enquanto você subia as escadas? Isso leva algum tempo para se acostumar. Ainda assim, depois de mais de 300 testes, eles não relataram problemas com segurança. Eles também usaram sensores para medir a atividade das articulações e mostraram que subir as escadas assistidas exigia significativamente menos trabalho do que o que é gasto nas escadas convencionais. Além disso, seu protótipo se une por uma fração do preço da instalação de um elevador ou elevador de escada.
Com esses resultados promissores, a equipe espera que eles tenham um produto que possa ser comercializado para facilitar a vida de idosos ou feridos. "Escadas de reciclagem de energia são uma ótima idéia", diz Steve Collins, professor de engenharia mecânica da Universidade Carnegie Mellon, que não esteve envolvido no estudo.
"Nossos músculos são coisas incríveis", diz Collins. Eles crescem mais fortes para atender às nossas necessidades, eles fogem do combustível que lhes fornecemos do meio ambiente, e eles se curam. "Qualquer engenheiro gostaria de poder fazer algumas dessas coisas", diz ele, mas, apesar de todas as suas incríveis capacidades, uma coisa em que os músculos são ruins é a reciclagem de energia. Com essa nova escada, Collins diz, os inventores hackearam a física para fazer o que nossos músculos não conseguem. "Eles capturam e devolvem a energia eficientemente a você."
Como as escadas são fáceis e baratas de instalar, Collins acredita que pode permitir que pessoas mais velhas ou com mobilidade reduzida permaneçam em suas casas um pouco mais. "Isso pode realmente fazer a diferença para muitas pessoas", diz ele. "Com alguns pequenos ajustes ... acho que isso poderia ser um bom produto."
Liu e sua equipe têm uma patente provisória em suas escadas de apoio, mas o marketing de sua invenção dependerá do interesse. Eles têm muitas idéias e podem até mesmo implementar um conjunto de novos recursos para suas escadas, como armazenar a energia capturada para uso em outros aplicativos. Em vez de ajudar a subir as escadas, por exemplo, eles poderiam manipular um mecanismo que pudesse transferir essa energia para carregar um celular.
O próximo passo é simplesmente desenvolver um conjunto completo de escadas que serão construídas com base no protótipo existente. No final do dia, seu objetivo é ajudar as pessoas com mobilidade reduzida a permanecer em suas casas. Liu contou mostrando à mãe o protótipo de escada. "Seu comentário foi: 'Bem, é melhor você se apressar'".
