No será por falta de ganas. Últimamente se me acumulan las tareas y me cuesta sacar tiempo para escribir en este blog. Pero por fin saco un hueco para hablar de algunas curiosidades sobre el cuerpo humano y su mecánica que me han llamado la atención.
- ¿Qué cansa más: subir un tramo de escaleras rápido o despacio?
Si el tramo de peldaños elegido es el mismo para una y otra velocidad, el trabajo (designado por la letra W habitualmente en Mecánica Aplicada) es el mismo en los dos caso si suponemos que solo realizamos un cambio en la cota de alturas.
Sin embargo, la potencia no es la misma. En este caso, la P es la relación entre el trabajo, W, y el tiempo. Y dado que al correr invertimos menos tiempo, la potencia que tenemos que desarrollar es mayor al ir rápido y eso nos cansa.
No me he vuelto loco. Esta simple pregunta era la base para la siguiente: ¿si tardamos el mismo tiempo en subir unas escaleras, por qué nos cansa más subir los peldaños de dos en dos que de uno en uno?
Según las fórmulas habituales de cinemática y dinámica en Mecánica Aplicada, no hay ninguna razón que demuestre esa fatiga. Teóricamente, no hemos generado más potencia, ya que el tiempo establecemos que es el mismo.
Me he encontrado varios hilos en Reddit a cuenta de esta cuestión (
hilo1 e
hilo2), entre otros lugares webs. Y en uno de ellos dan la solución a mi pregunta, y no es relativa a la ingeniería, sino a la fisiología: el gasto metabólico de los músculas al subir escalones de dos en dos es superior al de subir de uno en uno, y lo recogen en el artículo
The metabolic and muscular differences between two stair-climbing strategies of young adults, y alegan que este extra de energía es por los extensores de rodillas y tobillos. En el abstract de hecho, recomiendan que subamos las escaleras de dos en dos a la hora de muscular las piernas. Una posible continuación de este artículo es
éste otro.
Me parece que es una investigación relevante de cara a tratamientos médicos y musculares, pero no solo eso: también me parece que conocer esta serie de cosas puede venir bien para una futura modelización de robots humanoides que suban escaleras de dos en dos.
Y ahora viene la segunda píldora de ciencia del artículo, y es estudiar las razones del vaivén de los brazos durante el movimiento de las personas. He encontrado trabajos de investigación realizados en 1939 hablando sobre este curioso fenómeno, pero vayamos a un artículo de nuestros días, como
Control and function of arm swing in human walking and running (de 2009). Este artículo habla de que el momento angular del movimiento humano está cercano al momento angular 0 (puede que algún otro día me centre en esto), y que el vaivén de los brazos ejerce de amortiguador (damper) en la rotación de hombros y pelvis.
Y por eso, volviendo a los humanoides, no es de extrañar que las máquinas también requieran de ese curioso movimiento inconsciente para mantener su equilibrio o tener un buen control de su cadena cinemática. Por ejemplo,
este artículo explica como gracias al movimiento de los brazos, su robot consigue que el centro de gravedad apenas se mueva. A continuación tenéis una imagen extraída de ese trabajo.
o
este otro es uno de los muchos que dice que los brazos mejoran en gran medida la estabilidad de estos ingenios.
Referencias aparecidas en este artículo
M. Popovic, A. Hofmann and H. Herr, "Angular momentum regulation during human walking: biomechanics and control," Robotics and Automation, 2004. Proceedings. ICRA '04. 2004 IEEE International Conference on, 2004, pp. 2405-2411 Vol.3.
T. Maneewarn and P. Sinsaranon, "Effect of swing arm during gait transition of a humanoid robot," ICCAS-SICE, 2009, Fukuoka, 2009, pp. 1222-1225.
H. Pontzer, J. H. Holloway, 4th, D. A. Raichlen, D. E. Lieberman. "Control and function of arm swing in human walking and running". Journal of Experimental Biology 2009 212: 894
Gottschall, J.S., Aghazarian, G.A., and Rorhbach, E.A. "The metabolic and muscular differences between two stair climbing strategies of young adults". Journal of Strength and Conditioning Research, 24:2558-2563, 2010.
Halsey, L. G., Watkins, D. A. R., & Duggan, B. M. (2012). "The Energy Expenditure of Stair Climbing One Step and Two Steps at a Time: Estimations from Measures of Heart Rate". PLoS ONE, 7(12),
