Puissance du genou

Les ingénieurs qui conçoivent des appareils portables qui récupèrent l'énergie humaine pour l'énergie sont confrontés à un dilemme intimidant : comment collecter une quantité importante d'énergie sans obliger l'utilisateur à déployer beaucoup d'efforts supplémentaires ? Les gadgets tels que les générateurs à manivelle et les radios à manivelle nécessitent un travail manuel de la part d'un utilisateur, et les générateurs montés sur chaussures existants produisent moins d'un watt de puissance.

Marche rapide : Cette genouillère (ci-dessus) est dotée d'un système d'alimentation de freinage génératif qui convertit l'énergie dépensée lorsqu'une personne marche en électricité.

Une équipe d'ingénieurs a développé une genouillère modifiée qui capte l'énergie qui aurait autrement été perdue pendant que le porteur marche. Le générateur produit environ cinq watts, assez pour alimenter 10 téléphones portables simultanément.

Si vous voulez du pouvoir, allez là où sont les muscles, dit Max Donelan , professeur à l'Université Simon Fraser, en Colombie-Britannique, qui a dirigé la recherche. Nous avons pensé qu'il existe peut-être un moyen intelligent et sélectif de récupérer de l'énergie lorsque les muscles ralentissent normalement dans le corps. La recherche de Donelan apparaît dans le numéro du 8 février de la revue La science .

Donelan s'est penché sur les jambes, qui ont les plus gros muscles du corps, et a capitalisé sur une compréhension approfondie de la façon dont les humains utilisent l'énergie pour marcher. Au cours d'une foulée moyenne, une personne utilise ses muscles pour plier le genou et balancer sa jambe vers l'avant, comme un pendule. C'est un travail positif. À la fin du swing, elle exécute un travail négatif pour ralentir sa jambe en mouvement. Elle pose son pied sur le sol, et à ce moment-là son autre jambe a commencé son balancement.

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• Voir la genouillère en action.

Donelan et son équipe se sont concentrés sur la récupération d'énergie de la fin de la foulée à l'aide de leur genouillère bionique. Lorsque le générateur de l'orthèse est engagé, il collecte de l'énergie tout en ralentissant le mouvement de la jambe. En conséquence, le corset réduit l'effort humain requis à la fin de la phase d'oscillation.

Cependant, si le mécanisme était enclenché en continu, cela gênerait également l'accélération au début du swing et nécessiterait plus d'énergie de la part du porteur. Pour résoudre ce problème, Donelan a installé un capteur dans l'appareil pour surveiller l'angle du genou et allumer et éteindre le générateur. Selon ses recherches, cette approche de freinage génératif ne nécessite qu'un huitième de la puissance métabolique d'un mécanisme fonctionnant en continu.

Ce qui est extrêmement intelligent à propos de cet appareil, c'est qu'il n'essaie de capturer l'énergie mécanique que lorsque les muscles seraient prêts à ralentir le corps, dit Laurent Rome , professeur de biologie à l'Université de Pennsylvanie. Rome, qui n'a pas travaillé sur la genouillère, a récemment conçu un sac à dos qui convertit l'énergie de la marche en électricité. [L'attelle de genou de Donelan est] un appareil intelligent, et il ne fonctionne que lorsque vous essayez de vous freiner, dit Rome. Il laisse le couple inverse du générateur faire le travail du muscle.

Si l'approche de Donelan en matière de récupération d'énergie vous semble familière, c'est parce qu'il utilise la même stratégie que celle utilisée par les automobiles hybrides. Lorsqu'un conducteur applique les freins d'un hybride, le moteur électrique commence à agir comme un générateur. Le générateur ralentit la voiture et convertit en même temps l'énergie cinétique en électricité, qui est ensuite utilisée pour recharger la batterie. Les systèmes de freinage conventionnels reposent sur la friction pour ralentir, et l'énergie cinétique de la voiture est dissipée sous forme de chaleur.

La marche, c'est comme la conduite avec arrêts et départs, dit Donelan. À chaque foulée, les muscles accélèrent puis ralentissent le corps. Les voitures hybrides prennent de l'énergie et la donnent à la batterie.

Le prototype de Donelan pèse un peu plus de trois livres et il développe actuellement un modèle léger qui pourrait être utilisé par les fabricants de prothèses et l'armée. La demande de capteurs d'énergie humaine comme la genouillère de Donelan et le sac à dos de Rome augmente, en partie grâce à la prolifération de petits appareils électroniques comme les téléphones portables et les appareils GPS portables, en particulier dans l'armée.

Un soldat avec une mission de 24 heures [pourrait devoir] transporter près de 30 livres de batteries avec lui, dit Donelan. Ils doivent tout alimenter, du GPS aux communications en passant par la vision nocturne.

De plus, Donelan dit que son attelle de genou a un potentiel sur les marchés médicaux : elle pourrait augmenter un membre paralysé ou alimenter une prothèse. Vous pouvez prendre un membre sain et l'utiliser pour alimenter le membre blessé, dit-il.

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