Zwitserse onderzoekers maakten een model van de loopbeweging van een mens of humanoïde robot. Hieruit volgt hoeveel energie er nodig is voor dit mechanische proces. Verander staplengte, frequentie of de hoogte van je voet, en het aantal calorieën dat je verbrandt verandert. Dit is nuttige informatie voor sporters én de ontwerpers van humanoïde robots.
Wandel eens een stukje met een veel te grote staplengte. Of til je voeten twee keer zo hoog op als normaal. Wie deze experimenten doet, zal voelen dat dit veel meer energie kost dan je normale manier van lopen. Het laat ook zien dat mensen hun looptechniek automatisch aanpassen aan omstandigheden als snelheid of de helling van het terrein.
Je manier van lopen bepaalt hoeveel energie je daarvoor verbruikt; dat voelt iedereen wel aan en is al lang bekend in de wetenschappelijke wereld. Maar onderzoekers van de Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in Zwitserland hebben verschillende parameters nu in een – relatief – eenvoudig model van een lopend mens gegoten (persbericht).
Draadmannetje
Nou ja, een mens... het is meer een draadmannetje dat we zien in een animatie hieronder. Maar alle belangrijke parameters die een manier van lopen bepalen, zitten hier in: loopsnelheid, afstand tussen de voeten (zowel in de staplengte als in de breedte), hoogte van optillen van de voeten, hellingshoek van de torso en helling van de ondergrond. Een gebruiker geeft van tevoren ook lengte en gewicht van het mannetje in.
Na instellen van al deze parameters rollen er twee belangrijke waarden uit: energieverbruik (in kcal/min) per tijdseenheid en energieverbruik per eenheid van afstand (Cost of Transport in J/m/kg); de laatste grootheid geeft weer hoeveel energie het kost om een bepaalde hoeveelheid massa over een bepaalde afstand te verplaatsen.
Exoskeletten
Volgens de wetenschappers van EPFL is hun model goed voor allerlei toepassingen. Ontwerpers van exoskeletten kunnen hun apparaten bijvoorbeeld energiezuiniger maken door instellingen aan te passen aan de hand van het model. Voor diezelfde toepassing kan het model laten zien waar zware onderdelen (zoals accupakketten en elektronica) het beste kunnen zitten, zodat het exoskelet er bij het lopen zo min mogelijk last van heeft.
Ook voor gezonde mensen kan het model nuttige informatie leveren. Stel dat je gaat bergwandelen en je wil weten op welke hoogte je zware rugzak het beste kan zitten, bij een gewenste loopsnelheid. Het model kan dat vertellen. ‘Of als je juist zoveel mogelijk calorieën wil verbranden, dan kan onze software je een bewegingspatroon aanreiken dat veel energie kost’, vertelt Amy Wu, een van de onderzoekers, in het persbericht.
Humanoïde robots
De software van EPFL is gemaakt door robotonderzoekers. Het oorspronkelijke doel was het verbeteren van de looptechniek van humanoïde robots. Het is een nuttig model, maar ‘de manier waarop mensen lopen is enorm complex. De beheersing die daarvoor nodig is, is nog een enorme uitdaging voor humanoïde robots, die het vaak net verkeerd doen’, zegt Salman Faraji, eerste auteur van de studie. ‘We hebben nog een lange weg te gaan voordat we echt alle parameters begrijpen die een rol spelen bij het bewegen van mens, dier en robot.’
Experimenteren
Wie wil, kan naar hartenlust experimenteren met de rennende avatar, via de website van de onderzoekers. Meer details over dit onderzoekswerk zijn te lezen in een artikel in vaktijdschrift Scientific Reports.
Openingsfoto: humanoïde robot naast een mens. De tweebenige robot heeft vaak nog grote moeite om betrouwbaar en vloeiend te lopen. Foto Bart van Overbeeke / RoboCup2013. Overig beeldmateriaal en video EPFL 2018
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.