Цели Паралимпийских игр включают социальное равенство, содействие интеграции и полное использование спорта в качестве средства передвижения. Гонки на инвалидных колясках являются одним из компонентов паралимпийского спорта с момента зарождения первоначальной идеи. Кроме того, гонки на инвалидных колясках изменили облик адаптивного спорта. Социальная и общинная интеграция инвалидов в условиях нехватки ресурсов зависит от доступа к мобильным средствам и вспомогательным технологиям.
Более 29 миллионов человек в странах с низким и средним уровнем дохода нуждаются в протезах и ортопедических услугах, а от 20 до 100 миллионов человек нуждаются в инвалидных креслах. Пользователи инвалидных колясок сталкиваются с уникальными препятствиями на пути повышения и поддержания своей физической формы. Однако видео игры, веб-сайты и приложения для смартфонов могут сделать спорт более доступным и мотивирующим.
Принципы проектирования спортивных инвалидных колясок
Современные ультра легкие инвалидные кресла-каталки с ручным управлением берут свое начало в дизайне спортивных кресел-каталок. Существуют некоторые основные принципы, которые применимы к дизайну большинства спортивных кресел-каталок:
Вес. В большинстве видов спорта, особенно в тех, где требуется скорость или маневренность, целью дизайна часто является достижение минимально возможного веса инвалидной коляски. Меньший вес, как правило, уменьшает усилие, необходимое для движения и маневрирования инвалидной коляской, делая ее более быстрой и подвижной.
Жесткость и прочность. В идеале, спортивные инвалидные коляски должны быть очень легкими, очень прочными и жесткими. Это позволяет направлять энергию, передаваемую от пользователя на кресло, на желаемое движение без рассеивания. Однако для оптимизации жесткости, прочности и веса необходимо найти компромиссное решение.
Сопротивление. В тех видах спорта, в которых мобильность имеет решающее значение, целью проектирования инвалидной коляски является минимизация сопротивления. Наиболее распространенными типами сопротивления, которые пытаются контролировать конструкторы спортивных инвалидных колясок, являются:
- сопротивление качению,
- сопротивление ветру,
- внутреннее сопротивление.
Сопротивление качению обычно минимизируется выбором колес, шин и подшипников, а также тщательным выравниванием колес. Внутреннее сопротивление обычно называется изгибом или движением в результате перемещения человека внутри сиденья, смещения сиденья относительно рамы и изгиба и деформации рамы, что приводит к смещению колес или рассеиванию энергии пользователя рамой.
Эргономика. Биомеханическая и эргономичная цель дизайна спортивных инвалидных колясок заключается в том, чтобы устройство стало единым целым с пользователем на подсознательном уровне. Одновременно установка и позиционирование инвалидной коляски должны обеспечивать максимальный контроль и движение инвалидной коляски в ответ на движение пользователя, прилагая минимальные физиологические усилия. Пользовательский интерфейс и взаимодействие часто являются самыми сложными задачами при проектировании.
Эти 4 фактора должны соотноситься со способностями и безопасностью пользователей. Материалы, производство и техника монтажа определяются этими факторами, а также потребностями конкретного вида спорта. Как правило, производители используют стандартизированный набор функций для управления затратами, а затем имеют некоторые настраиваемые аспекты, которые подходят для индивидуальных пользователей. Ключом к дизайну спортивной инвалидной коляски является то, чтобы сиденье подходило так же тщательно, как и обувь или протезное гнездо, а геометрия кресла соответствовала так же тщательно, как и у профессионального велосипедиста.
Передовые средства проектирования и изготовления
Инженерные инструменты оказали значительное влияние на инвалидные коляски спортивного назначения. Для улучшения эксплуатационных характеристик спортивных инвалидных колясок использовались материалы, производственные технологии, измерительные инструменты и программное обеспечение. Программное обеспечение автоматизированного проектирования (АП) позволяет инженерам создавать виртуальные модели спортивных инвалидных колясок, которые являются точным моделированием различных конструкций.
АП позволяет тестировать различные концепции дизайна без затрат времени и средств, связанных со строительством прототипов. Программное обеспечение АП может взаимодействовать с программным обеспечением автоматизированного производства, помогая создавать проекты, выбранные для создания прототипов или фактического производства. Программное обеспечение автоматизированного производства включает допуски, материалы и параметры для программирования конкретных машин, используемых для изготовления компонентов.
Спортивные инвалидные коляски обычно изготавливаются в небольшом количестве и поэтому используют комбинацию машин с числовым программным управлением (ЧПУ) и ручного изготовления. Как правило, сложные и точные детали изготавливаются на станках с ЧПУ, в то время как компоненты, требующие высокой степени персонализации, изготавливаются вручную.
Дополнительное производство (ДП), также известное как трехмерная (3D) печать, начинает активно использоваться в спорте на инвалидных колясках. Как правило, 3D-принтеры используют пластмассы для создания сложных форм, нарисованных с помощью программных обеспечений.
Стереолитографический аппарат (СЛА) преобразует жидкую пластмассу в твердые 3D объекты. Обычно это делается с помощью лазера или фокусированного света для полимеризации светочувствительного жидкого пластика.
Цифровая обработка света (ЦОС) похожа на стереолитографию. Технология использует цифровые микро зеркала, расположенные на полупроводниковом чипе. СЛА и ЦОС различаются по источнику света, используемому в процессах отверждения.
Селективное лазерное спекание (СЛС) - это метод, использующий лазер в качестве источника питания для формирования твердых 3D объектов. Основное отличие СЛС от СЛА заключается в использовании порошкообразного материала в чане вместо жидкой смолы, как при стереолитографии. Лазер СЛС достаточно мощен, чтобы соединить технику и технологию в порошок для инвалидных колясок.
Передовые спортивные инвалидные коляски
Считается, что успех в спорте на инвалидных колясках зависит от трех факторов:
- от спортсмена,
- инвалидной коляски,
- взаимодействия между спортсменом и инвалидной коляской.
Правильное использование инженерных средств и технологий может оказать существенное влияние на все три фактора. В сочетании с научно обоснованными тренажерными системами спортсмены с ограниченными возможностями используют технологии для достижения максимальных результатов и конкурентного успеха наравне с любыми профессиональными спортсменами.
Чувствительность гонщика к посадке и ощущениям гоночной коляски невозможно переоценить, потому что посторонние граммы или даже миллиметры могут повлиять на многочисленные характеристики и факторы, связанные с травмами. Следовательно, производители постоянно перенимают новейшие технологии и технические приемы, чтобы максимально раскрыть потенциал каждого спортсмена.
Такие компании, как BMW, Honda, Nissin и OX Engineering, используют экзотические материалы для изготовления рам и сложные технологии для обеспечения оптимальной посадки между спортсменом и гоночной коляской. Процедуры строительства включают 3D сканирование тел спортсменов и передовые процессы моделирования.
Например, Honda-Yachiyo разрабатывает полностью каркас из углеродного волокна, используя процесс, который включает антропометрические характеристики спортсменов и текущее позиционирование гоночного тела инвалидной коляски в своей конструкции.
BMW разработала индивидуальные кресла-каталки для спортсменов-колясочников команд США, участвующих в Паралимпийских играх 2016 года в Рио-де-Жанейро. Гоночный автомобиль BMW отличается модернизированной аэродинамической эффективностью, углеродным волокном, полностью переработанным дизайном шасси и индивидуальным подходом к индивидуальной посадке спортсменов. Кресло также использует модульную конструкцию с пенополистиролом для настройки интерфейса сиденья.