نحوه عملکرد کفش‌های ورزشی موتوری «پروژه آمپلی‌فای» نایکی

برای دهه‌ها، مانع ورود به دنیای دویدن به شکلی سرسختانه فیزیکی باقی مانده است. یا شما موتور قلبی-عروقی و استقامت عضلانی لازم برای حفظ سرعت دویدن آهسته را دارید، یا ندارید. هیچ حد وسطی بین پیاده‌روی و فشار زیاد دویدن وجود نداشته است. اما چشم‌انداز تحرک انسان در حال تغییر است. همان‌طور که دوچرخه برقی با هموار کردن تپه‌ها و کاهش تلاش مورد نیاز برای رفتن به محل کار، رفت‌وآمد شهری را متحول کرد، یک مرز جدید در رباتیک پوشیدنی در تلاش است تا دقیقاً همین کار را برای گام برداشتن انسان انجام دهد.

مفهوم «دوچرخه برقی برای پاهای شما» دیگر محدود به داستان‌های علمی تخیلی یا آزمایشگاه‌های تحقیقاتی دانشگاهی نیست. «پروژه آمپلی‌فای» نایکی اولین تلاش جدی و با بودجه مناسب صنعت کفش برای آوردن کمک موتوری و قدرتمند به دویدن و پیاده‌روی روزمره است. این سیستم با ادغام یک موتور سبک و یک باتری قابل شارژ در یک کفش دویدن مناسب برای مصرف‌کننده، قصد دارد هزینه انرژی حرکت انسان را به طور اساسی تغییر دهد و حرکت را برای کسانی که در غیر این صورت ممکن است روی مبل بمانند، در دسترس‌تر کند.[1][4]

برای درک نحوه عملکرد واقعی این فناوری، بهتر است به بیومکانیک یک گام استاندارد دویدن نگاه کنیم. هنگامی که یک دونده از زمین فشار می‌آورد، عضلات ساق پا به شدت منقبض می‌شوند تا پا را به سمت پایین خم کنند—حرکتی که از نظر بالینی به عنوان «خم شدن کف پا» (پلانتار فلکشن) شناخته می‌شود. این مرحله فشار به جلو نیاز به انرژی متابولیک قابل توجهی دارد و نیروی محرکه لازم برای حرکت رو به جلو را تولید می‌کند. پروژه آمپلی‌فای مهندسی شده است تا دقیقاً این مرحله از چرخه گام را به صورت مکانیکی تقویت کند و عملاً به عنوان مجموعه‌ای دوم از عضلات ساق پا عمل نماید.[1]

سخت‌افزاری که این جهش را ممکن می‌سازد، بر همکاری عمیق با «دفی» (Dephy)، یک استارتاپ رباتیک که در تعامل انسان و ماشین و اسکلت‌های بیرونی پوشیدنی تخصص دارد، متکی است. سیستم فیزیکی شامل یک باتری قابل شارژ که در یک کاف مچ پا ارگونومیک قرار دارد، یک موتور الکتریکی سبک و یک تسمه محرک با کشش بالا است. این اجزای رباتیک به صورت مجزا عمل نمی‌کنند؛ آنها مستقیماً با یک کفش دویدن تخصصی که مجهز به یک صفحه سفت فیبر کربن است، ادغام می‌شوند. این صفحه به عنوان اهرمی برای به حداکثر رساندن نیروی تولید شده توسط موتور عمل می‌کند.[1][2][3]

همان‌طور که دونده حرکت می‌کند، الگوریتم‌های حرکتی پیچیده‌ای که در آزمایشگاه تحقیقات ورزشی نایکی توسعه یافته‌اند، گام پوشنده را در زمان واقعی تجزیه و تحلیل می‌کنند. هنگامی که الگوریتم شروع دقیق مرحله فشار به جلو را تشخیص می‌دهد، موتور تسمه محرک را درگیر می‌کند و پاشنه را به سمت بالا می‌کشد تا به عضلات ساق پای بیولوژیکی کمک کند. نتیجه یک تقویت مکانیکی بی‌نظیر است که فشار فیزیکی روی پایین پا را کاهش می‌دهد و به دونده اجازه می‌دهد تا با کسری از تلاش عضلانی معمول، شتاب رو به جلوی خود را حفظ کند.[1][3]

نکته مهم این است که این فناوری برای دوندگان ماراتن نخبه که به دنبال ثبت رکوردهای جهانی هستند یا ورزشکاران رقابتی پیست طراحی نشده است. این سیستم به صراحت برای ورزشکاران روزمره و دوندگان تفننی تنظیم شده که معمولاً سرعت ۱۰ تا ۱۲ دقیقه در مایل را حفظ می‌کنند. هدف این نیست که ثانیه‌هایی از بهترین رکورد شخصی کم شود، بلکه این است که دویدن آهسته و پیوسته به طور قابل توجهی کمتر خسته‌کننده باشد. با کاهش تلاش درک شده، این سیستم به کاربران اجازه می‌دهد کمی سریع‌تر و به طور قابل توجهی دورتر بدوند بدون اینکه به موانع قلبی-عروقی یا عضلانی معمول برخورد کنند.[1][4]

فرآیند توسعه و آزمایش پشت صحنه، جامع و کامل بوده و نشان‌دهنده پیچیدگی ادغام رباتیک با بیومکانیک انسان است. مهندسان نُه نسخه مختلف از نمونه‌های اولیه را ساخته و آزمایش کرده‌اند و داده‌های بیومکانیکی دقیقی را از بیش از ۴۰۰ ورزشکار جمع‌آوری کرده‌اند که در مجموع ۲.۴ میلیون گام در آزمایشگاه برداشته‌اند. این مجموعه داده عظیم و واقعی به تیم نرم‌افزاری اجازه داده است تا الگوریتم‌های پیش‌بینی‌کننده را به گونه‌ای اصلاح کنند که کمک موتور کاملاً طبیعی و روان به نظر برسد، نه اینکه ناگهانی یا خارج از ریتم طبیعی دونده باشد. اگر موتور حتی یک میلی‌ثانیه دیرتر فعال شود، به جای کمک، مانع ایجاد می‌کند.[3]

برای صنعت گسترده‌تر رباتیک پوشیدنی، این پروژه متمرکز بر مصرف‌کننده، یک نقطه عطف محسوب می‌شود. تا کنون، اسکلت‌های بیرونی موتوری عمدتاً محدود به کلینیک‌های توانبخشی پزشکی برای کمک به راه رفتن بیماران سکته مغزی، یا انبارهای صنعتی برای کمک به کارگران در بلند کردن بارهای سنگین بوده‌اند. با بسته‌بندی این فناوری پیچیده در لباس‌های ورزشی جریان اصلی، این پروژه نشان‌دهنده یک تغییر بزرگ از دستگاه‌های پزشکی بسیار تخصصی و گران‌قیمت به ابزارهای تناسب اندام قابل دسترس است که در نهایت می‌توانند در قفسه‌های یک فروشگاه لوازم ورزشی استاندارد قرار گیرند.[2]

با این حال، معرفی کفش‌های دویدن موتوری به ناچار بحث و تردیدهایی را در جامعه سنتی تناسب اندام برانگیخته است. سنت‌گرایان این سؤال را مطرح می‌کنند که آیا یک «کفش برقی» هدف اصلی ورزش‌های قلبی-عروقی را از بین نمی‌برد. اگر یک موتور با باتری بخش قابل توجهی از کار مکانیکی را انجام دهد، مزایای متابولیک و قلبی-عروقی دویدن به ناچار تغییر می‌کند. منتقدان در انجمن‌های آنلاین دویدن همچنین نگرانی‌های عملی در مورد وزن اضافی کاف باتری و پویایی ایمنی عابران پیاده موتوری که پیاده‌روهای باریک را با دوندگان سنتی و بدون کمک به اشتراک می‌گذارند، مطرح کرده‌اند.[3]

طرفداران این فناوری در پاسخ می‌گویند که، بسیار شبیه به رشد سریع دوچرخه‌های برقی، کفش‌های موتوری می‌توانند با کاهش چشمگیر موانع ورود، فعالیت بدنی کلی را در بین مردم افزایش دهند. برای افراد مسن که دچار کاهش عضلانی مرتبط با سن هستند، افرادی که در حال بهبودی از آسیب‌های پایین تنه هستند، یا مبتدیان مطلق که مراحل اولیه دویدن را بیش از حد سخت می‌دانند، این سیستم می‌تواند دقیقاً همان مقدار کمکی را فراهم کند که برای بیرون رفتن از خانه نیاز دارند. با لذت‌بخش کردن فعالیت به جای دردناک بودن، کفش‌های موتوری می‌توانند عادات حرکتی ثابتی را تقویت کنند که در غیر این صورت هرگز شکل نمی‌گرفتند.[1]

مدولار بودن طراحی همچنین انعطاف‌پذیری عملی را برای کاربرانی که می‌خواهند تمرینات کمکی و بدون کمک را ترکیب کنند، ارائه می‌دهد. کاف مچ پا رباتیک و سیستم موتور را می‌توان به طور کامل جدا کرد و یک کفش دویدن بسیار توانمند با صفحه فیبر کربن باقی می‌ماند که بدون هیچ کمک الکترونیکی به طور عادی عمل می‌کند. این رویکرد ترکیبی تضمین می‌کند که کاربران به طور دائم به باتری وابسته نیستند و به آنها اجازه می‌دهد از تقویت رباتیک برای تلاش‌های طولانی آخر هفته استفاده کنند، در حالی که برای دویدن‌های کوتاه‌تر و بدون کمک در طول هفته به بیولوژی خود متکی باشند.[1]

در حالی که فناوری زیربنایی بسیار امیدوارکننده است و نمونه‌های اولیه کارآمد هستند، این سیستم همچنان قاطعانه در مرحله آزمایش و اصلاح قرار دارد. نایکی و دفی همچنان در حال بهینه‌سازی وزن کلی سخت‌افزار، افزایش عمر باتری و اطمینان از پاسخگویی الگوریتم در طیف گسترده‌تری از زمین‌ها و شرایط آب و هوایی هستند. انتظار می‌رود عرضه گسترده مصرف‌کننده در سال‌های آینده انجام شود، اگرچه تاریخ انتشار مشخص، قیمت نهایی خرده‌فروشی و معیارهای دوام طولانی‌مدت هنوز به طور عمومی اعلام نشده است.[1][5]

در نهایت، موفقیت کفش‌های موتوری کاملاً به اجرای آن، قیمت خرده‌فروشی و دسترسی آن برای عموم مردم بستگی دارد. اگر این سیستم بتواند کمک رباتیک را به طور یکپارچه با حرکت طبیعی انسان ترکیب کند بدون اینکه دست و پا گیر یا سنگین باشد، می‌تواند تعریف دویدن را به طور اساسی بازتعریف کند. این پارادایم را از تحمل درد به لذت بردن از حس سرعت و استقامت تغییر می‌دهد. در حال حاضر، چشم‌انداز یک مایل ۱۲ دقیقه‌ای بدون زحمت، یک نگاه اجمالی و خوش‌بینانه به آینده فناوری تناسب اندام ارائه می‌دهد—آینده‌ای که در آن سخت‌ترین بخش دویدن صرفاً بستن بند کفش است و فناوری بقیه کار را انجام می‌دهد.