走路真的省力嗎?
走路可以省力點，應該是每個人都希望有的。有人設計鞋子，加上氣墊、弧線型的鞋底，穿起來舒適，但這些真的可以省力嗎?鞋子的研究處處涉及到生物力學和人類行走步態的知識。而眾多設計裡面，能不能不需要外加電源、實際省力多少和是否能用在軍事或者醫療輔具上，一直都需要更進一步的科學研究。最近在自然(Nature)期刊出現一篇研究，研究員開發了一項不需要外接電源，可以降低走路時的生理代謝率，大家一起來看看，是不是真有這麼一回事?
無電池的設計
這個設計是由美國北卡羅來納州立大學(North Carolina State University)和卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University)共同完成，外型像是長筒靴狀的設計，形同體外支架，僅約300~500公克重，使用者穿上後，可以穿入一般的運動鞋行走，實驗證實可以減少7%的代謝消耗(據他們估算約減少五公斤負載)，也就是說穿上後走起來比較省力。事實上，早在2013年，就已經有另一個研究團隊設計了一組空氣壓縮機系統，外接馬達和電池，穿上後走路可以減少6%代謝消耗。但這次設計一個很大的突破點，就是不需要外加電池或馬達，改以一個離合器和彈簧取代，分別用來模擬小腿的肌肉和阿基里斯腱的動作，目標是給行走困難的人或軍人長距離行走使用。
彈簧+離合器設計
人類在行走的時候，小腿後面的肌肉(腓肌)如同一個剛性連結，連結阿基里斯腱的收縮和伸長。這個設計中的離合器(腓肌)，就扮演這個剛性連結的調節角色，讓彈簧(阿基里斯腱)能夠在整個步態的過程中，適時的伸長以儲存能量，然後適時地縮短以提供行走時的推力。這篇研究的共同作者Sawicki解釋說，當腳跟接觸地面的時候，也就是阿基里斯腱以一個相當大的力量抓住小腿肌肉，這時候離合器就抓住彈簧，從這個點開始，行走時身體向前的力矩就轉換為彈簧伸長的能量，這個能量持續儲存，到腳跟離地的時候，彈簧能量釋放，幫助腳板推進，直到腳尖離地。
超音波技術幫助了解肌肉運作
研究團隊表示他們花了五年的時間研究這個產品，同時感謝超音波影像技術的發達，讓他們能夠了解肌肉和肌腱在人類行走時的動作關係，藉此他們設計了離合器和阿基里斯腱這個組合。現在整個產品設計都還只有雛形，未來要用到醫療上面，還有很長的路要走，他們希望最後產品的價格可以低於$1000美元。
這篇研究中使用到基礎代謝來做為行走省力和費力的指標，用這個參數來反應人體行走時的省力感。然而，行走時在彈簧拉伸的那段，穿戴者是不是也會較為費力?但在後面彈簧釋放能量時，感到較為省力。前後相加的結果，整體來看較為省力?這點我們不得而知。但事實上彈簧的拉伸和釋放，應該要能量守恆。如果這樣的推論成立，那麼，這樣的設計是用較少的代謝消耗來儲存能量，給行走時需要較高代謝消耗的離地推進期使用，以至於穿著者感到「省力」，各位怎麼看呢?
文章參考：NC State University
圖片來源：Sister72@Flickr CC BY 2.0
原文參考：Nature
