обувь с аккумулированием энергии.

изобретение относится к обуви, обеспечивающей аккумулирование энергии, в том числе обуви для повседневного использования, спортивной обуви для бега, прыжков и др., обуви для альпинистов, а также обуви, используемой в качестве средства реабилитации для восстановления работоспособности связок мышц ноги. обычная обувь служит для защиты ног человека от внешних воздействий. в соответствии с назначением она содержит достаточно плотную и прочную подошву и связанный с ней верх, фиксирующий положение подошвы относительно ступни и защищающий при необходимости ногу от воздействия окружающей среды.

форма выполнения подошвы и верха в зависимости от назначения обуви мо- жет быть различной (см. большая советская энциклопедия, далее бэс. обувь. http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00054/l 6400.htm?text=%D0%BE%D0%B 1 %D 1 % 83%D0%B2%D 1 %8Q.

указанная обувь не оказывает заметного влияния на способ перемещения человека. при ходьбе человек поднимает одну ногу, опираясь в этот момент на вторую, переносит поднятую ногу вперед и опускает ее на опорную поверхность (землю). далее процесс повторяется.

одной из особенностей перемещения человека по сравнению с большинством других млекопитающих является характер осуществления контакта ноги с опорной поверхностью. человек при переносе веса на другую ногу обычно сначала опирается на пяточную часть ступни и только затем переносит нагрузку на всю ступню.

недостатком такого способа перемещения при ходьбе является нерациональное расходование энергии. гравитационная составляющая при каждом шаге полностью теряется. недостаточно эффективно работают органы тела, имеющие возможность частичного аккумулирования энергии, например ахиллесово сухожилие, голе- ностопный сустав и др.

большинство животных перемещается другим способом. первичное касание опорной поверхности (земли) у них осуществляется носочной (передней) частью ноги (лапы), при этом голеностопный сустав работает на скручивание, сухожилия рас-

тягиваются, аккумулируя энергию, а затем происходит выделение энергии и дополнительное отталкивание ноги (лапы), осуществляющей следующий шаг или прыжок.

у человека первичное опирание на пальцы и плюснину ноги происходит только иногда, например, при беге. известно большое количество разнообразных приспособлений для повышения эффективности перемещения человека, основанных на аккумулировании энергии деформируемым при ходьбе упругим элементом и выделении ее при возврате этого элемента в исходное положение.

известна обувь, преимущественно для занятий спортом, включающая устрой- ство поддержки, выполненное в виде охватывающего голень ботинка и вспомогательной системы из подпружиненных спиральными винтовыми пружинами рычагов, основной из которых установлен вблизи пятки ботинка с возможностью поворота и продольного смещения относительно этой оси, причем его основная часть выходит вниз относительно подошвы ботинка (см. патент RU N°2238125, приоритет 27.04.1998 GB).

при перемещении пользователь обуви поднимает и перемещает вперед ногу и ботинок таким образом, чтобы он и выступающий рычаг не касались земли, затем при движении ботинка вниз основной рычаг, первым соприкасаясь с землей, поворачивается, преодолевая действие пружины, спиральная винтовая пружина деформиру- ется, запасая энергию, которая будет содействовать в дальнейшем движению ботинка в направлении вверх.

недостатком указанной обуви и способа перемещения в ней является значительная сложность конструкции и неудобство способа передвижения, в частности связанное с необходимостью поднимания обуви на значительную высоту. похожий принцип использован при создании конструкции приспособления по патенту US N°6840893, приоритет 29.04.2002). данное устройство также основано на использовании пружин, деформирующихся при опускании ноги на опорную поверхность, и возвращающих энергию при подъеме ноги.

однако конструкция также очень громоздка и неприемлема для использова- ния в повседневной жизни.

известна обувь в виде высокого ботинка, снабженного приспособлением для усиления прыгучести, содержащим опорный элемент, обеспечивающий надежную

фиксацию ступни, и связанный с ним с возможностью поворота охватывающий икру элемент, причем узел поворота располагается на одной оси с голеностопным суставом. оба элемента связаны между собой пружиной растяжения (см. патент DE JN°4038511, приоритет 03.12.1990). недостатки этого технического решения сходны с недостатками других аналогов: сложность конструкции, неудобство эксплуатации, невозможность использования в повседневной жизни. перемещение в такой обуви требует значительных усилий, специальных навыков и хорошо развитой координационной системы.

в качестве прототипа выбрана обувь с приспособлением для увеличения пры- гучести. прототип включает опорную платформу, представляющую собой подошву с фиксирующими положение ступни относительно подошвы элементами. таким образом, платформа выполнена в виде обуви, задняя часть платформы - подошвы которой связана посредством вертикального элемента с элементом фиксации приспособления на икре ноги. нижняя часть опорной платформы - подошвы посредством рычага шарнирно связана с нижней частью дугообразной (лукообразной) пластинчатой пружины. верхняя часть пружины жестко соединена с элементом фиксации приспособления на икре. нижняя опорная часть дугообразной пластинчатой пружины снабжена накладкой с радиальной износоустойчивой поверхностью (см. патент US JV26840893, приоритет 17.07.2003). использование дугообразной пружины позволило уйти от винтовых пружин, что повысило эффективность аккумулирования энергии и надежность работы устройства.

однако характер приземления ноги с приспособлением не только не изменился, но и стал более выраженным: первичная опора на заднюю часть ноги и быстрый перенос массы тела на всю ступню. работа голеностопного сустава и ахиллесова сухожилия не оказывает существенного влияния на эффективность прыжков. деформирование пружины осуществляется только за счет массы человека.

использование обуви с таким приспособлением сопряжено также со следующими недостатками: - значительная сложность конструкции обуви, оснащенной указанным механизмом;

- невозможность использования для повышения эффективности процесса обычной ходьбы, сложность использования в повседневной жизни;

- процесс передвижения требует подъема ног на значительную высоту;

- процесс передвижения требует значительных усилий, специальных навыков и хорошей координации движения.

задачей настоящего изобретения является создание простой, удобной в эксплуатации обуви для широкого использования в быту, спорте, медицине и др., позволяющей эффективно использовать как массу пользователя, так и его мышечную энергию для накапливания (аккумулирования) энергии и передачи этой энергии для толчка ноги.

указанная задача решается за счет того, что в обуви с аккумулированием энергии от деформирования пластинчатой пружины, включающая подошву и фиксирующие её положение относительно ступни элементы, согласно изобретению, передняя часть подошвы выполнена в виде отогнутой вниз консольно закрепленной относительно остальной части подошвы пластинчатой пружины, а фиксирующие элементы обеспечивают также прижим передней части ступни к пружине подошвы.

исходный угол между отогнутой пружиной и остальной частью подошвы со стороны опорной поверхности менее 180°.

при этом может быть предусмотрено следующее: - зона крепления и перегиба пружины подошвы может соответствовать началу плюсны, фаланг пальцев ступни или быть ближе к пятке.

- пружина может быть выполнена из упругого полимерного материала или другого упругого материала.

- исходный угол отгиба пружины подошвы может выбираться в зависимости от ее свойств, а также назначения обуви и физических возможностей пользователя.

- поперечное сечение пружины подошвы может быть выполнено постоянным или переменным по длине.

- упругие свойства и жесткость пружины подошвы могут быть постоянными или переменными по длине. - пружина подошвы может иметь участки с с-образным поперечным сечением для частичного охвата ступни.

- передняя часть пружины подошвы может быть выполнена изогнутой, например, крюкообразной, для сцепления с выступающими неровностями опорной поверхности.

таким образом, объектом изобретения является обувь, в которой пластинчатая пружина, предназначенная для аккумулирования энергии, затрачиваемой на ее деформацию при ходьбе, и последующего возврата энергии при снятии нагрузки, совмещена с элементом обычной обуви — подошвой, при этом ее исходное положение — отгиб вниз. проведенные патентные исследования показали, что заявляемая обувь соответствует критерию «нoвизнa» и «изoбpeтaтeльcкий ypoвeнь».

обувь может быть изготовлена промышленным или кустарным способом, следовательно, соответствует критерию «пpoмышлeннaя применимость)).

сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены: фиг. 1 - внешний вид обуви с составной подошвой и исходным углом между пружиной и остальной частью подошвы немногим менее 180°; фиг. 2 - обувь с составной подошвой и исходным углом значительно меньшим, чем 180°; фиг. 3 - обувь с составной подошвой и углом между пружиной и задней ча- стью подошвы, меньшим 90°; фиг. 4 - обувь с составной подошвой и крюкообразно изогнутой пружиной; фиг. 5 — варианты деформации при ходьбе подошвы с составной подошвой, представленной на фиг. 1, в зависимости от физических свойств (упругости, жесткости) пружины (пунктиром показано исходное свободное положение пружины) и ве- личины нагрузки, в т.ч. :

5а - под нагрузкой пружина выпрямлена (пружина и остальная часть подошвы расположены в одной плоскости);

56 — под нагрузкой пружина изогнута в сторону, противоположную исходному положению; 5в — при недостаточном воздействии массы тела или недостаточном усилии мышц жесткая пружина не доходит до плоского состояния, она под нагрузкой оста-

ется отогнутой вниз, хотя с углом, большим, чем исходный угол между пружиной и задней частью подошвы менее 180°;

заявляемая обувь включает подошву 1 и верх 2.

подошва 1 выполнена составной. передняя часть подошвы 1 представляет собой упругую пластинчатую пружину 3, консольно закрепленную относительно второй части 4 подошвы 1. консольная пружина является продолжением задней части 4 подошвы 1. в исходном положении пружина 3 отогнута вниз на угол ά по отношению к задней части 4 подошвы 1.

зона перегиба подошвы 1 может соответствовать традиционным местам пере- гиба стопы: окончание пальцевой части, зона окончания плюснины (плюсны) или зона, примыкающая к пятке.

верх 2 обуви выполняет функцию фиксирования положения ступни относительно подошвы 1 и в том числе функцию элементов, фиксирующих положение ступни относительно отгибаемой пружины 3. верх 2 обуви может быть выполнен частично или полностью из упругого материала, обеспечивающего, с одной стороны, возможность периодического перегиба или отгиба подошвы 1, а с другой стороны, прижимающего ступню, в том числе ее переднюю часть, к подошве 1. причем при желании пользователь может усилием мышц предотвратить изгиб пружины подошвы (возврат пружины в исходное поло- жение) или принудительно ее выпрямить.

в обуви без размещенной в ней ноги пользователя исходный угол ά между передней упругой и задней основной частями 3 и 4 подошвы 1 меньше 180° (см. фиг. 1,2,3). величина угла может быть различной, в том числе угол может быть меньше 90° (фиг. 3). пружина 3 подошвы может быть выполнена из упругих полимерных материалов, причем характеристики пружины могут быть или постоянными по всей ее длине или переменными.

форма заявляемой обуви в зависимости от назначения может быть различной. это может быть теплая зимняя обувь в виде ботинок или сапог, а может быть облег- ченная летняя, например, в виде сандалий или кроссовок (на чертежах не показаны).

в любом варианте верх обуви выполнен с возможностью периодического отгибания и выпрямления пружины 3 подошвы 1, при этом нога человека фиксируется

относительно подошвы 1 и может перемещаться вслед за пружиной 3 подошвы 1 или сопротивляться перемещению, препятствуя перемещению (возврату) пружины 3 в исходное положение.

верх 2 может иметь обычную для закрытой обуви форму, но при этом он дол- жен обеспечивать возможность периодического изменения угла между частями 3 и 4 подошвы 1 в достаточно широких пределах. для этого он может быть выполнен из эластичного материала или может содержать в зонах, подверженных растяжению и сжатию, легко деформируемые вставки, например гофрированные (на чертеже не показаны). верх 2 обуви может представлять собой или включать фиксирующие элементы, обеспечивающие надежное удержание ступни, в том числе ее передней носочно- плюснинной части в обуви. фиксирующие элементы могут быть выполнены в виде:

- носочной части верха обуви, жестко связанной с передней частью подошвы — пружиной 3 и образующей полость для размещения пальцевой части стопы; - охватывающих стопу ремней, лент и т.п. жестких или упругих фиксирующих элементов, при этом эти или другие фиксирующие элементы предотвращают также смещение ступни вдоль подошвы или ее частей;

исходный угол между частями подошвы 1 (пружиной 3 подошвы и задней частью 4 подошвы) меньше традиционного угла 180°. минимально возможный угол может быть даже меньше 90° (см. фиг. 3).

обувь с углом, приближающимся к 90° и менее 90°, целесообразно использовать в спорте или для тренировок, поскольку при этом до начала движения уже в момент обувания придется прикладывать определенные мышечные усилия для первичного предварительного растяжения (разгибания) пружины 3, чтобы исключить зна- чительный перегиб пальцевой части ступни. такие же усилия необходимы при любом отрыве ноги от опорной поверхности. использование обуви с углами, приближающимися к 90° (фиг. 3), сопряжено с определенным риском и поэтому требует специальных навыков.

в некоторых вариантах выполнения размер и форма сечения по длине пружи- ны могут быть различными, например, для увеличения жесткости пружины в определенных зонах площадь сечения можно увеличить.

возможно выполнение пружины с частичным охватом ступни ноги. в этом случае пружина может иметь в некоторых зонах с-образное сечение.

величину жесткости пружины можно выбирать в зависимости от назначения: «мягкaя» пружина для обуви повседневного назначения и более жесткая пружина для спортивной обуви.

внешний вид заявляемой обуви необычен.

в отличие от обычной обуви, подошва не прямая (без перегибов), а имеет четко выраженный перегиб, угол между частями подошвы (консольной пружиной и остальной частью подошвы), меньше традиционного угла в 180°, передняя часть по- дошвы в исходном состоянии отогнута вниз.

выполнение части подошвы в виде консольного упругого элемента, в исходном положении отогнутого вниз, обеспечивает периодическое деформирование подошвы под действием массы пользователя и/или усилий со стороны мышц и сухожилий ноги с одновременным аккумулированием затраченной на эту деформацию энер- гии. при переносе тяжести тела с одной ноги на другую, пружина на подошве первой ноги, освобождаясь от воздействия массы человека, стремится вернуться в исходное отогнутое вниз положение. возврат пружины в исходное отогнутое положение может совершаться постепенно или достаточно быстро, при этом она отталкивает пальцевую часть ступни от опорной поверхности для перемещения ноги вперед. процесс перемещения в заявляемой обуви сходен с движением на цыпочках: пользователь при каждом шаге отталкивается от опорной поверхности, причем отталкивание происходит автоматически.

при обычной ходьбе деформация пружины в основном обеспечивается массой пользователя. при отрыве ноги от опоры и при расслабленных мышцах стопы (стопа не стремиться поддерживать плоское положение пружины) угол между передней и задней частями подошвы за счет высвобождения пружины возвращается к исходному значению.

приземление вследствие отгиба пружины осуществляется на выступающую вниз носочную часть ступни и только затем под действием массы человека происхо- дит выпрямление подошвы и полное или частичное опирание ступни. при полном контакте угол между передней носочной и основной задней частями подошвы приближается к традиционным 180°.

однако возможен другой характер перемещения: приземление может происходить сначала на пяточную часть ноги с одновременным деформированием пружины под действием массы тела человека до плоского состояния.

возможно также такое перемещение, когда человек за счет воздействия мышц ступни препятствует изгибанию пружины в моменты, когда нога не опирается на поверхность. в этом случае подошва в процессе движения остается почти прямой и приземление может быть любым, в зависимости от желания пользователя.

в зависимости от массы человека и силы мышц возможно перемещение с максимальной деформацией пружины до полного опирания на стопу (угол между пру- жиной и остальной частью подошвы приближен к 180° или с частичной деформацией пружины (угол между частями подошвы остается меньше 180°), человек перемещается «нa цыпoчкax», задняя часть ступни не касается опорной поверхности.

исходный угол отгиба пружины может быть различным. например, при пользовании такой обувью людьми консервативными и не очень физически крепкими це- лесообразно использовать относительно небольшие отклонения от традиционной плоской подошвы, использовать обувь с исходным углом от 165° - 175°. для молодежи и тренированных людей исходный угол между пружиной и задней частью подошвы может составлять 140°. тинэйджеры полюбят более экстремальные варианты с углами, приближающимися к 120°. для тренировки спортсменов, а также для экс- тремальных движений исходный угол может приближаться к 90° или даже быть меньше 90°.

следует отметить, что не только величина исходного отклонения передней части пружины-подошвы определяет эффект от аккумулированной этой обувью энергии. эффективность в значительной мере определяется характеристиками пру- жины: ее упругостью и жесткостью, то есть материалом, из которого изготовлена подошва обуви, геометрией пружины и др. чем пружина жестче, тем меньше исходный угол может отличаться от традиционных углов для достижения требуемой эффективности обуви.

жесткость и коэффициент упругости могут отличать по длине пружины, на- пример, в зоне перегиба пружина может быть менее жесткой, чем в остальной части пружины.

кроме того, следует отметить, что в заявляемой обуви для облегчения движения используются не только свойства упругости подошвы. задняя часть подошвы, например расположенной под пяткой, при отталкивании пружины от опорной поверхности, работает как рычаг относительно точки сопряжения пружины и задней части подошвы. в этом случае действие высвобождающейся энергии, аккумулированной пружиной, дополняется действием рычага. пружина, поворачиваясь относительно точки консольной заделки, воздействует на заднюю часть подошвы, стремясь повернуть ее вверх.

существенными также являются характеристики элементов, фиксирующих положение ступни относительно подошвы. эти элементы должны прижимать стопу ноги к подошве в любом ее положении, в том числе при исходном изогнутом положении пружины. кроме того, этот элемент должен обеспечивать возможность частичного или полного выпрямления подошвы (увеличения угла между пружиной подошвы и задней частью подошвы до 180°) за счет мышечного воздействия пользова- теля. дополнительными условиями являются возможность изменения угла без разрушения частей обуви.

перемещение с учетом описанных особенностей может быть в виде традиционной ходьбы, бега, прыжков и др.

выполнение передней части подошвы в виде загнутого крюка позволяет ис- пользовать обувь для перемещения по камням, скалам. в этом случае человек при необходимости может одной ногой «yцeпитьcя» за неровности почвы и найти в этот момент подходящую опору для второй ноги. пружина прижимает переднее часть подошвы с изогнутым крючкообразным концом и вместе с ней носочную часть ноги к выбранной выступающей опоре. затем напряжением мышц человек «pacпpямляeт» пружину и «oтцeпляeтcя» от опоры, перенося вес на другую ногу.

такая обувь позволяет эффективно использовать физические возможности человека, в частности полностью использовать его массу и обеспечить эффективную работу мышц и сухожилий ступни.

указанное выполнение делает обувь легкой, простой и удобной в эксплуата- ции, позволяющей эффективно использовать массу пользователя и работу его мышц для накапливания (аккумулирования) энергии и передачи этой энергии для отталкивания ног. такая обувь может быть использована как в быту, причем разными кате-

гориями пользователей, так и для занятий спортом. ее можно использовать для разработки суставов после травм и др.

передвижение в заявляемой обуви осуществляется следующим образом. человек выбирает обувь с наиболее подходящим характеристиками пружины 3 и фик- сирующих элементов. для того чтобы одеть заявляемую обувь, человек должен либо позволить стопе отогнуться вниз вслед за подошвой 1 под действием фиксирующих элементов, либо сразу же в процессе обувания усилием мышц частично или полностью распрямить пружину, то есть увеличить угол между пружиной 3 и остальной частью 4 подошвы 1 до максимально возможного - 180°. далее человек встает на опорную поверхность (землю), при этом на пружину действует масса тела человека. под ее воздействием пружина 3 деформируется с приближением угла между частями подошвы 1 к 180°.

затем человек начинает перемещение. он поднимает одну ногу, продолжая опираться на другую ногу. при подъеме ноги пружина освобождается от воздействия массы человека. если пользователь не прикладывает определенных мышечных усилий, то угол между пружиной уменьшается до исходного, одновременно отталкивая ногу вперед и вверх. стопа ноги частично или полностью отгибается вниз вместе с изгибающейся подошвой. далее эта нога опускается до опорной поверхности. нога может касаться опорной поверхности носком и только потом, преодолевая действие пружины, ступня деформирует ее до угла 180°, и опирается на всю ступню.

при большой массе и тренированных мышцах человек при ходьбе доже при достаточно жесткой пружине опирается на всю поверхность ступни. при малой массе и слабых мышцах воздействия человека может не хватить для полной деформации пружины и он будет двигаться, опираясь только на часть ступни, например, двигать- ся «нa цыпoчкax».

следует отметить, что эффективность обуви в отношении использования аккумулированной энергии резко снизится, если при опускании ноги опираться преимущественно на пятку. в этом случае передняя часть ноги, отогнутая вниз за пружиной, остается согнутой. нога опирается только на пяточную часть. если же осуществлять перемещение с первичным отрывом пятки (опора на носок) и отталкиванием от опорной поверхности носочной частью (ходьба на носочках), то пружина воздействует на носочную часть ноги наиболее эффективно.

интересные возможности предоставляет такая обувь прыгунам. они могут подготовить свое тело к прыжку и совершить его в оптимальный момент, что значительно увеличит эффективность прыжка. для этого пользователь проводит предварительное «pacкaчивaниe»: частичное сжатие и расслабление пружины за счет воз- действия мышц с постепенным увеличением амплитуды и частоты колебаний. при максимальной деформации пружины он прыгает. при этом возможно возникновение и использование эффекта резонанса.

эти же действия можно осуществлять при подготовке к бегу, особенно при беге на короткие дистанции. раскачивание обеспечит более мощный рывок при стар- те.

в заявляемой обуви можно сидеть, стоять, ходить медленным или быстрым шагом, бегать, прыгать. заявляемой обувью могут пользоваться альпинисты.

проведенные испытания подтвердили, что при правильном подборе исходного угла и обеспечении возможности деформирования верха 2 заявляемая обувь удоб- на для любых категорий пользователей, а скорость перемещения значительно возрастает. при этом затрачиваемые пользователем усилия на перемещение с деформированием пружины практически не отличаются от усилий, затрачиваемых на перемещение в обычной обуви.

приведенные примеры не носят исчерпывающего характера и возможно при- менение различных конфигураций и модификаций реализации изобретения без отклонения от его сути, сформулированной в предлагаемых пунктах формулы и определяемой ими.