Een verbetering van de evolutie

Je went er snel aan: lopen met een soort veer aan je onderbenen. Die zorgt ervoor dat je minder energie verbruikt, blijkt uit onderzoek dat Nature gisteren publiceerde.

Lopen met deze mechanische veer voelt alsof je een rugzak van vier kilo afwerpt. Foto Stephen Thrift

Gemakkelijker lopen, alsof je een rugzak van vier kilo afdoet. Dat is mogelijk dankzij een ‘exoskelet’ dat Amerikaanse ingenieurs ontwierpen. Met deze prothese-achtige constructies aan hun onderbenen verbruiken wandelaars gemiddeld 7 procent minder energie. De bewegingsenergie van het lopen wordt bij iedere stap opgeslagen in de metalen veer achter het onderbeen. Als de voet loskomt van de grond, werkt de veer mee aan de afzet. Daardoor worden de kuitspieren ontlast en kost het wandelen minder inspanning.

„Een verbetering van de evolutie”, noemen de onderzoekers onder leiding van Gregory Sawicki van de University of North Carolina hun uitvinding. De werking ervan beschreven zij gisteren in een publicatie in het wetenschappelijke tijdschrift Nature. Er komt geen batterij of motor aan te pas, alles draait om de opslag van de bewegingsenergie in de uitgetrokken veer.

Mensen lopen al zo ontzettend efficiënt, zegt Sawicki dat ingenieurs en bewegingswetenschappers dachten dat er weinig meer aan te verbeteren viel. Eerder probeerden zij gemotoriseerde exoskeletten, maar die zijn op zichzelf heel zwaar en moeten geregeld opgeladen worden. Daardoor zijn ze niet erg efficiënt.

Het ongemotoriseerde exoskelet weegt niet meer dan 500 gram per been. De veer heeft dezelfde functie als de achillespees in het onderbeen. Een katrol die blokkeert als eraan getrokken wordt en het touw weer laat vieren als de spanning wegvalt, is analoog aan de kuitspieren. Het mechanisme levert de energie zo efficiënt terug dat het met gemak kan concurreren met gemotoriseerde oplossingen.

In het Nature-artikel schrijven de onderzoekers alleen over het energievoordeel op wandelsnelheid. Wat er gebeurt als mensen ermee gaan rennen, vermeldt het artikel niet, maar vooralsnog lijkt de constructie ook nog te fragiel om tegen de grote krachten die daarbij optreden bestand te zijn.

De onderzoekers willen de kennis nu gebruiken voor het ontwikkelen van nieuwe protheses voor mensen die na een beroerte weer moeten leren lopen. Ook voor mensen met een onderbeenamputatie kan deze vinding winst betekenen, want lopen met een prothese kost hen doorgaans 20 tot 50 procent meer energie dan normaal.

Eerste auteur Steven Collins beschrijft zijn persoonlijke ervaringen in een interview met Nature: „Je went er snel aan: als je ze uitdoet, dan voelen je benen even heel zwaar aan.” Op basis daarvan denkt Collins dat zijn exoskelet populair zal worden. „Het kan even gewoon worden als een leesbril.”