图片来源：Georgia Tech
上下楼梯对于关节疼痛患者来说即将变得更为轻松简单。研究人员已建造了能够将能量循环的台阶，这种台阶可以在你下楼时储存能量、在你上楼时给你助力。
得益于内设的弹簧和压力传感器，这种智能楼梯能够降低上下楼梯对膝盖和脚踝的影响。交互式台阶有可能成为替代昂贵楼梯升降机和电梯的一种低成本且高效率的选择。
“下楼的过程就类似于开车时边踩油门而又轻踩刹车，”来自Georgia Institute of Technology的Lena Ting说，她是研究人员之一。
“为了避免快速摔落，你的腿耗费了许多能量，顶住每一级台阶。我们所设计的台阶储存了这些能量，而非浪费掉。”
“相比之下，台阶上的步行对人体膝盖的要求比平地上的步行高出了三倍。对于关节疼痛、肌无力和感觉运动神经受损的患者来说，这更是挑战。同时，上下楼梯是老年人的五大最难任务之一。”
尽管电梯和楼梯升降机已经帮助老年人和残疾人克服了上下楼梯的困难，但这些解决方案价格不菲，还要改造建筑后才能安装这些设备。另外，它们每年所耗费的电量超过12,000度，相当于2009年美国平均家庭能源消费的一半。再者，要维持人体机动性就必须动起来，过度依赖电梯和楼梯升降机会最终导致运动功能流失更严重。
“克服疼痛和老化，坚持独立行走是极为重要的，这能最大程度地提高生活质量。”Ting说。
该项目的理念源于一双帮助人们更轻松地上下楼梯的能量循环义肢鞋。但研究团队意识到：上几步楼梯是挺简单的，但下楼就是个难题了，因为人要耗费很多能量来防止摔倒。
“在普通的步行中，人体的每次脚跟着地，有可能被储存起来的能力都消散了；上楼梯并不像这样，它实际上是非常高效的，你耗费的大部分能量都转化成上升的潜在能量了。”来自Georgia Tech的合作研究者Karen Liu说，“然而，下楼却是非常浪费能量的。你驱散自己的能量来避免摔落。我想，如果我们可以储存下楼过程中所浪费的能量并将它用于上楼，这将是极好的。”
带着这个想法，研究人员着手设计了一套可以利用人体能量使攀爬变得轻松的楼梯。
每个台阶内设能对人体运动作出反应的弹簧和压力传感器。下楼时，每个台阶慢慢倾斜并锁定于下级台阶的水平位置，储存人体产生的能力。上楼时，低台阶的锁扣松开并释放弹簧存有的能量，给人体助力。
9名参与者试用了该设计的原型机，研究人员发现：行走于高效楼梯上，试验者膝盖比行走于普通楼梯轻松37%。试验结果也证实，行走这种楼梯时脚踝所受影响降低了26%。
来自Missouri University of Science and Technology的团队成员之一Yun Seong Song说，“起铺垫和制动作用的是台阶内的弹簧，而不是脚踝。这种柔和的下楼运动减轻了脚踝的工作量，这可以使你保持平衡，防止快速摔落。”
这种辅助性台阶为关节疼痛或关节病患者提供了廉价且高效的解决方案。它也能实现临时安装在特定场所，服务于那些有着短期需要的人们，如从手术中恢复的人或孕妇。
“低成本、安装便利的辅助性台阶将帮助人们保持爬楼梯的能力，而不至于完全使楼梯脱离家庭，”Liu说。
蝌蚪五线谱编译自sciencealert，译者 李二宝，转载须授权
