Intentar actualizar las escaleras es como reinventar la rueda: mejorar en un diseño simple que ha resistido la prueba del tiempo no es una tarea fácil. Sin embargo, para las personas con lesiones o movilidad limitada, subir una escalera tampoco es una tarea fácil. Al piratear la física de la navegación por escaleras, un equipo de investigadores biomecánicos ha inventado un prototipo que podría ayudar a impulsar las escaleras, y a sus usuarios, a nuevas alturas.
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"A mi madre le gusta quejarse de que es realmente activa y puede caminar largas distancias, pero cada vez que hay escaleras tiene dificultades para subirlas", dice Karen Liu, profesora de informática en el Instituto de Tecnología de Georgia.
Liu, también autor correspondiente de un estudio en PLOS ONE que describe el nuevo prototipo de escalera, reconoció que subir escaleras se clasifica como una de las actividades más difíciles para los ancianos o los heridos. Incluso cuando las personas son físicamente sanas y móviles, la pérdida de la capacidad de navegar por las escaleras es a menudo el factor decisivo que obliga a las personas a abandonar sus hogares y entrar en comunidades de vida asistida.
El nuevo prototipo de escalera aprovecha la energía cuando una persona baja las escaleras y la recicla en el camino de regreso para darles un impulso a los usuarios. Funciona porque, en sentido contrario a la intuición, las personas desperdician más energía bajando escaleras que subiendo.
Al subir las escaleras, toda la energía que pones para levantar las piernas se convierte en energía potencial: cuando llegas a la cima estás más alto que antes. Bajar las escaleras es otra historia. Con cada paso, su cuerpo está esencialmente en una caída controlada, y se desperdicia la energía que gastan sus músculos para evitar una caída desagradable hacia el fondo. Liu pensó que la energía desperdiciada podría ser capturada y devuelta en la subida ascendente.
"No había forma de que pudiera crear un dispositivo como ese", dijo Liu. Como científica informática, tenía una buena idea, pero no había forma de construir un prototipo. Se dirigió a Lena Ting, profesora de ingeniería biomédica en la Universidad de Emory y experta en cinética humana. "Nadie conoce el movimiento mejor que Lena", dice ella. Junto con el entonces investigador postdoctoral de Ting, Yun Seong Song, juntaron sus cabezas y refinaron un diseño.
Para su sorpresa, reinventar la rueda fue pan comido. "No fue tan difícil como pensé que sería", dice Song. "Apuntamos a la simplicidad: no buscábamos un robot sofisticado que pueda moverse, hablar y tomar buenas decisiones". Solo intentaban hackear la mecánica que ya sucede cada vez que subes o bajas escaleras.
Cada huella de su prototipo de escaleras de asistencia de reciclaje de energía están unidas a los resortes. Al bajar las escaleras, la presión de cada paso empuja hacia abajo una plataforma móvil, comprime los resortes y bloquea la banda de rodadura en su lugar con un bloqueo electromagnético. Los resortes comprimidos capturan y retienen la energía que de otro modo se disiparía. En el camino de regreso, un medidor de presión en cada banda de rodadura detecta el pie, libera el bloqueo y los resortes liberan la energía almacenada para ayudar a impulsar la escalada.
"Pensé, no hay forma de que esto funcione", recuerda Ting. Los escalones cargados por el resorte traen a la mente visiones de catapultas o hondas. Eso está bien si eres un saltador olímpico, pero no si eres una persona mayor o herida que solo intenta subir las escaleras.
Pasaron por varios diseños de primavera y se establecieron en un resorte de extensión suave. Si te quedas quieto en sus nuevas escaleras, no tienes que preocuparte por ser catapultado al próximo aterrizaje. No es hasta que estás en movimiento que las plataformas con muelles ayudan suavemente a tu pie al siguiente nivel. "Solo puede ayudarte mientras subes o bajas activamente, no puede empujarte", dice Ting.
Bajar las escaleras "se siente como bajar una colina con tierra muy suave", dice Song. “Es como si tuvieras un cojín a cada paso, y mientras caminas los estás aplastando. Sientes poca gravedad ”. Esa sensación fue fácil de dominar para los sujetos de prueba que trajeron al laboratorio.
Subiendo por otro lado, "Es como si alguien estuviera levantando el pie", dice Song. ¿Todos han aplastado a través de la hierba empapada bajo la lluvia, pero sintiendo una ayuda fantasmal mientras subes los escalones? Eso lleva un tiempo acostumbrarse. Aún así, después de más de 300 ejecuciones de prueba, no informaron problemas de seguridad. También utilizaron sensores para medir la actividad conjunta, y mostraron que subir las escaleras de asistencia requería significativamente menos trabajo que lo que se gasta en las escaleras convencionales. Además, su prototipo se une por una fracción del precio de la instalación de un elevador o salvaescaleras.
Con estos resultados prometedores, el equipo espera tener un producto que pueda comercializarse para facilitar la vida de los ancianos o los heridos. "Las escaleras de reciclaje de energía son una gran idea", dice Steve Collins, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad Carnegie Mellon que no participó en el estudio.
"Nuestros músculos son cosas increíbles", dice Collins. Se hacen más fuertes para satisfacer nuestras necesidades, se quedan sin combustible que les suministramos del medio ambiente y se curan a sí mismos. "A cualquier ingeniero le encantaría poder hacer algunas de esas cosas", dice, pero a pesar de todas sus increíbles capacidades, una cosa en la que los músculos son malos es en el reciclaje de energía. Collins dice que con esta nueva escalera, los inventores han pirateado la física para hacer lo que nuestros músculos no pueden hacer. "Capturan y devuelven la energía de manera eficiente".
Debido a que las escaleras son fáciles y económicas de instalar, Collins cree que podrían permitir que las personas mayores o con movilidad limitada permanezcan un poco más en sus hogares. "Realmente podría marcar la diferencia para mucha gente", dice. "Con algunos pequeños ajustes ... creo que este podría ser un buen producto".
Liu y su equipo tienen una patente provisional en sus escaleras de asistencia, pero la comercialización de su invención dependerá del interés. Tienen muchas ideas e incluso podrían implementar un conjunto de nuevas características para sus escaleras, como almacenar la energía capturada para su uso en otras aplicaciones. En lugar de ayudar a subir las escaleras, por ejemplo, podrían manipular un mecanismo que podría transportar esa energía para cargar un teléfono celular.
Sin embargo, el siguiente paso es simplemente desarrollar un conjunto completo de escaleras que se basarán en el prototipo existente. Al final del día, su objetivo es ayudar a las personas con movilidad reducida a permanecer en sus hogares. Liu relató que le mostró a su madre sus prototipos de escaleras. "Su comentario fue: 'Bueno, será mejor que te apures'".
