جهاز المشي

يعود أصل استخدام المطاحن كمصدر للطاقة إلى العصور القديمة. ^{[ 4 ]} كانت لهذه الآلات القديمة ثلاثة أنواع رئيسية من التصميم. ^{[ 5 ]} كان النوع الأول عبارة عن قضيب أفقي بارز من عمود رأسي، يدور حول محور رأسي، مدفوعًا بثور أو حيوان آخر يسير في دائرة ويدفع القضيب. كما استُخدم البشر لتشغيلها. أما النوع الثاني فكان عبارة عن عجلة رأسية، تُسمى عجلة المشي ، تعمل بالتسلق في مكانها بدلًا من المشي في دوائر. وهذا يشبه ما نعرفه اليوم باسم عجلة الهامستر . أما النوع الثالث فكان يتطلب التسلق أيضًا، ولكنه يستخدم منصة مائلة متحركة.

ظهرت أجهزة المشي كآلات تعمل بقوة العضلات قبل حوالي 4000 عام. وكان استخدامها الأساسي هو رفع دلاء الماء. وقد تم تطوير هذه التقنية نفسها لاحقًا لإنشاء مطاحن الحبوب الدوارة ورافعة عجلة المشي . كما استُخدمت أيضًا لضخ المياه وتشغيل آلات عجن العجين والمنافخ.

تم إدخال أجهزة المشي كعقاب في عام 1818 على يد مهندس إنجليزي يُدعى السير ويليام كوبيت ، وهو ابن طحان. لاحظ وجود سجناء عاطلين عن العمل في سجن بوري سانت إدموندز ، فاقترح استخدام قوتهم العضلية لعلاج خمولهم وإنتاج عمل مفيد. ^{[ 6 ]}

كانت أجهزة المشي التي صممها كوبيت للعقاب تدور عادةً حول محور أفقي، مما يتطلب من المستخدم الصعود عليها، كما لو كان يصعد درجًا لا نهاية له. وكان المحكوم عليهم يسيرون حول الجزء الخارجي من العجلة ممسكين بدرابزين أفقي لتحقيق التوازن. وبموجب قانون السجون لعام 1865 ( 28 و29 Vict. c. 126)، كان على كل سجين ذكر يزيد عمره عن 16 عامًا، محكوم عليه بالأشغال الشاقة ، أن يقضي ثلاثة أشهر على الأقل من مدة عقوبته في أعمال الدرجة الأولى، والتي كانت تتألف أساسًا من المشي على جهاز المشي. ^{[ 7 ]}

استمر استخدام طواحين العقاب حتى النصف الثاني من القرن التاسع عشر؛ وكانت عبارة عن عجلات مجدافية بطول ستة أمتار (20 قدمًا) تضم أربعًا وعشرين درجة حول أسطوانة قطرها 1.82 متر (6 أقدام). كان يقف عدة سجناء جنبًا إلى جنب على العجلة، ويُجبرون على العمل ست ساعات أو أكثر يوميًا، ما يعني فعليًا تسلق ما بين 1500 و4000 متر (5000 إلى 14000 قدم  ) رأسيًا. ورغم أن الغرض الأساسي منها كان العقاب، إلا أن أشهر طاحونة في سجن بريكستون، والتي تم تركيبها عام 1821، استُخدمت لطحن الحبوب لتكملة طاحونة هوائية كان كوبيت قد ركّبها سابقًا في مكان قريب. واكتسبت هذه الطاحونة سمعة سيئة بسبب القسوة التي استُخدمت بها، ما جعلها استعارة ساخرة شائعة لسجون أوائل القرن التاسع عشر.

ويمكن لهذه الآلات أيضاً ضخ المياه أو تشغيل أجهزة التهوية في المناجم. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

تم إصدار أول براءة اختراع أمريكية لجهاز المشي "التدريبي" (رقم 1,064,968) في 17 يونيو 1913. ^{[ 10 ]}

صُمم الجهاز الأولي لجهاز المشي الرياضي لتشخيص أمراض القلب والرئة، وقد اخترعه روبرت بروس وواين كوينتون في جامعة واشنطن عام 1952. ^{[ 11 ]} وقدّم بحث كينيث إتش. كوبر حول فوائد التمارين الهوائية، الذي نُشر عام 1968، حجةً طبيةً تدعم التطوير التجاري لجهاز المشي المنزلي والدراجة الرياضية. ويبلغ متوسط ​​العمر الافتراضي لجهاز المشي حوالي 7 إلى 12 عامًا. ^{[ 12 ]}

ومن بين مستخدمي أجهزة المشي اليوم المرافق الطبية (المستشفيات، ومراكز إعادة التأهيل، والعيادات الطبية والعلاج الطبيعي، ومعاهد التعليم العالي)، والنوادي الرياضية، ومعاهد الميكانيكا الحيوية، ومحلات بيع الأحذية الطبية، ومحلات بيع مستلزمات الجري، ومراكز التدريب الأولمبية، والجامعات، ومراكز تدريب الإطفاء، ووكالة ناسا، ومرافق الاختبار، وقوات الشرطة والجيوش، والصالات الرياضية، والمستخدمون المنزليون.

أصبحت أجهزة قياس الجهد البدني على جهاز المشي تعمل بمحركات كهربائية في الغالب. تحتوي معظم أجهزة المشي على سطح جري مزود بحزام دوار. يوجد عمودان قبل وبعد سطح الجري، ويمتد الحزام بينهما وبين سطح الجري. معايير السلامة لأجهزة المشي هي IEC EN 957-1 و IEC EN 957-6.

بالنسبة لأجهزة المشي الطبية، تشمل المعايير والإرشادات المعمول بها لائحة الأجهزة الطبية (الاتحاد الأوروبي 2017/745)، ^{[ 13 ]} IEC EN 60601-1، EN 62304، EN 14971 وتوجيه الآلات 2006/42/EC.

تُصنّف أجهزة المشي الطبية ضمن الفئة الثانية (ب) من الأجهزة العلاجية النشطة، كما تُستخدم أيضًا في التشخيص. تُزوّد ​​هذه الأجهزة الجسم بالطاقة الميكانيكية عبر سيرها المتحرك. وتعمل عادةً بمحركات كهربائية بقدرة 3.3 كيلوواط (4.4 حصان) . لا يُغيّر الشخص المُستخدم للجهاز وضعه الأفقي، بل يتحرك بشكل سلبي ليواكب حركة السير أسفل قدميه. كما يُمكن تثبيت الشخص المُستخدم للجهاز بحزام أمان، أو نظام تخفيف الوزن، أو دعامات مختلفة، أو حتى تثبيته في نظام تقويمي آلي وتحريكه باستخدام جهاز المشي.  

تُعد أجهزة المشي الطبية أيضاً أجهزة قياس فعّالة. فعند توصيلها عبر واجهة مع جهاز تخطيط كهربية القلب (ECG) ، أو جهاز قياس التنفس أثناء الجهد ، أو جهاز قياس ضغط الدم (BPM)، أو جهاز تخطيط كهربية العضل (EMG )، فإنها تُصبح نظاماً طبياً جديداً (مثل نظام اختبار الإجهاد أو نظام إعادة تأهيل القلب والرئتين)، ويمكن أيضاً تجهيزها لقياس الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين (VO₂ max ) والعديد من الوظائف الحيوية الأخرى.

تحتوي معظم أجهزة المشي على "وضع الكارديو"، حيث يتم تحديد معدل ضربات قلب مستهدف، ويتم التحكم في السرعة والارتفاع (الحمل) تلقائيًا حتى يصل المستخدم إلى "حالة استقرار معدل ضربات القلب". وبالتالي، فإن جهاز المشي يزود الجسم بالطاقة الميكانيكية بناءً على الوظيفة الحيوية (معدل ضربات القلب) للمستخدم.

إن جهاز المشي الطبي المستخدم في قياس الجهد واختبارات الإجهاد القلبي الرئوي وتشخيص الأداء هو دائمًا جهاز طبي من الفئة الثانية ب سواء عند استخدامه كجهاز مستقل في بيئة طبية أو عند استخدامه بالاقتران مع جهاز تخطيط كهربية القلب أو تخطيط كهربية العضل أو قياس التنفس أثناء الجهد أو جهاز مراقبة ضغط الدم.

يتحرك الجسم على سطح الجري، متكيفًا مع سرعة السير القابلة للتعديل. عادةً ما يُثبّت سطح الجري على عناصر امتصاص الصدمات، مما يمنحه خصائص امتصاص الصدمات. يرفع عنصر رفع الهيكل بأكمله، بما في ذلك سطح الجري، ليحاكي زاوية ميل الجري صعودًا. كما يمكن لبعض أجهزة المشي عكس اتجاه سير الجري لمحاكاة أحمال الجري نزولًا. تتميز معظم أجهزة المشي المُخصصة للاستخدام الاحترافي في صالات اللياقة البدنية بأبعاد طاولة تبلغ حوالي 150 سم (59 بوصة) طولًا و 50 سم (20 بوصة) عرضًا، ونطاق سرعة يتراوح بين 0 و20 كم/ساعة (0-12 ميل/ساعة) ، وزاوية ميل تتراوح بين 0 و20%.      

يحتاج الرياضيون إلى أجهزة مشي أكبر وأكثر ثباتًا. مع تخفيف بعض الوزن، يصل العداؤون إلى سرعات مؤقتة تصل إلى 45 كم/ساعة (28 ميلًا/ساعة)، ولذلك يجب عليهم الجري على سطح واسع يصل طوله إلى 300 سم (120 بوصة) وعرضه إلى 100 سم (39 بوصة) . مع الجهد البدني العالي وزيادة خطر السقوط، يلزم وجود جهاز لمنع السقوط لحماية الشخص أو المريض من السقوط. عادةً ما يكون هذا الجهاز على شكل قوس أمان موصول به سلك بمفتاح كهربائي. يحمل حزام الأمان الشخص، مانعًا إياه من السقوط، ويوقف سير الجري عند الضرورة.      

يمكن استخدام تصميم حزام الشرائح في أجهزة المشي الكهربائية أو اليدوية بدلاً من حزام المشي التقليدي المتصل. تتميز أجهزة المشي ذات حزام الشرائح بشرائح مطاطية منفصلة تدعم المشي والجري سواءً مع الأحذية أو بدونها.

في بعض المكاتب، يتم تزويد الموظفين بمكاتب مزودة بأجهزة مشي حتى يتمكنوا من المشي أثناء العمل على الكمبيوتر أو التحدث عبر الهاتف. ^{[ 14 ]}

في مراكز العلاج، تُستخدم أجهزة المشي المزودة بمقاعد مدمجة على الجانبين الأيمن والأيسر للمعالجين، على سبيل المثال، حتى يتمكن المعالجون من تحريك ساقي مريض السكتة الدماغية لمحاكاة حركات المشي ومساعدته على تعلم المشي مرة أخرى. يُطلق على هذا العلاج اسم العلاج اليدوي للحركة.

تُستخدم أجهزة المشي كبيرة الحجم أيضًا لركوب الدراجات بسرعات تصل إلى 80 كم/ساعة (50 ميل/ساعة) ، ولمستخدمي الكراسي المتحركة، وفي تطبيقات خاصة مع أحزمة جري متينة للتزلج الريفي والبياتلون، حيث يقوم الرياضيون بأداء تمارين التدريب والاختبار باستخدام الزلاجات الدوارة على سطح جري يصل إلى 450 سم × 300 سم (180 بوصة × 120 بوصة) .        

• يُمكّن المستخدم من الالتزام بنظام تمارين رياضية داخلية بغض النظر عن حالة الطقس.
• يوفر جهاز المشي المزود ببطانة تدريبًا أقل إجهادًا من الجري على الأسطح الخارجية. ورغم أن الأحزمة المبطنة قد توقف إنتاجها تقريبًا، وقد يصعب العثور على بدائل لها، إلا أن العديد من أجهزة المشي مزودة بوسائد مطاطية أو من مادة اليوريثان، وهي أفضل في امتصاص الصدمات وتدوم لفترة أطول من الأحزمة المبطنة. لفترة من الزمن، كانت الأسطح المرنة على شكل موزة متوفرة، وكانت من بين الأفضل في امتصاص الصدمات وبسعر متوسط، لكنها لم تعد تُباع، ربما بسبب ارتفاع تكلفة تصنيعها. لا تدوم الأحزمة المبطنة طويلاً كالأحزمة العادية نظرًا لتصنيعها من مواد أضعف. لحرق السعرات الحرارية، يمكن استخدام الميل لتقليل تأثير الصدمات بشكل ملحوظ عند معدل استهلاك طاقة محدد.
• يمكن أن يسمح إعداد المنحدرات بتدريب "صعودي" ثابت لا يمكن تحقيقه عند الاعتماد على المعالم الطبيعية.
• تُفرض إعدادات المعدل وتيرة ثابتة.
• تحتوي بعض أجهزة المشي على برامج تسمح للمستخدم بمحاكاة التضاريس، مثل التلال المتموجة، لتوفير فترات تمرين دقيقة ومبرمجة.
• يمكن للمستخدم مشاهدة التلفاز أثناء استخدام جهاز المشي، وبالتالي تجنب مشاهدة التلفاز أثناء الجلوس لفترات طويلة.
• يمكن تتبع تقدم المستخدم مثل المسافة والسعرات الحرارية المحروقة ومعدل ضربات القلب.
• قد يؤدي الجري للخلف "صعوداً" إلى تطوير العديد من العضلات المتضادة التي يتم تجاهلها عادةً عند الجري للأمام.
• إن الجري على جهاز المشي يزيل القلق بشأن التعرض للنشاط الإجرامي، وحركة المرور، والتضاريس غير المستوية، وغيرها من المخاطر الخارجية.

كتمرين للقلب والأوعية الدموية:

• قد يُصاب بعض العدائين على جهاز المشي بعادات جري سيئة تظهر بوضوح عند عودتهم للجري في الهواء الطلق. على وجه الخصوص، قد ينتج عن انعدام مقاومة الهواء ومحاولة تجنب ركل غطاء المحرك بمقدمة القدم مشية قصيرة، منتصبة، ومتذبذبة.
• يفرض وتيرة صارمة على العدائين، مما يعطي شعوراً غير طبيعي بالجري، الأمر الذي قد يتسبب في فقدان العداء لتوازنه.
• لا يقتصر الجري على جهاز المشي على أي رياضة محددة، أي لا توجد رياضة تنافسية تستخدم الجري على جهاز المشي. على سبيل المثال، سيكون من الأفضل بكثير للعداء التنافسي أن يركض في الهواء الطلق، لأن ذلك أكثر ملاءمة وواقعية لرياضته.
• توجد اختلافات في الحركة الزمنية والزاوية يجب مراعاتها عند استخدام أجهزة المشي ضمن برنامج إعادة التأهيل. ^{[ 15 ]}

كنشاط داخلي:

• يجد العديد من المستخدمين أجهزة المشي مملة ويفقدون الاهتمام بها بعد فترة. ^{[ 16 ]}
• لا توفر أجهزة المشي الرضا النفسي الذي يحصل عليه بعض العدائين من الجري في أماكن جديدة بعيدًا عن مشتتات المنزل.
• قد يشكو الجيران من الضوضاء الصادرة عن جهاز المشي (الخبط والاهتزازات)، ^{[ 17 ]} وخاصة الجيران في الطابق السفلي في الشقة

كآلة:

• قد يُسبب الاستخدام غير الصحيح إصابات شخصية. ومن الأمور التي تُثير القلق بشكل خاص الأطفال الذين يُدخلون أيديهم في سير جهاز المشي أثناء تشغيله، حيث يُصابون بحروق احتكاك شديدة قد تتطلب في أسوأ الحالات عمليات ترقيع جلدية متعددة وتُؤدي إلى إعاقة دائمة. ^{[ 18 ]} عند عدم الاستخدام، يجب إزالة مفتاح الأمان لمنع إصابة الأطفال بسير جهاز المشي.
• بالمقارنة مع الجري في الهواء الطلق، فإن تكلفة الشراء والكهرباء والإصلاحات المحتملة أعلى بكثير.
• يشغل مساحة في المنازل.

أجهزة المشي المائية هي نوع من أجهزة المشي المغلفة بالزجاج أو البلاستيك والمملوءة بالماء إلى درجة يكون فيها المستخدم مغمورًا جزئيًا. وهي تُستخدم للبشر والحيوانات على حد سواء، وغالبًا ما تُستخدم في العلاج الطبيعي. ^{[ 19 ]}

تتوفر أجهزة المشي العلاجية المائية للكلاب والحيوانات الأليفة للاستخدام المنزلي والعيادي. وتتوفر أنواع وموديلات متنوعة، لكن من أبرز ميزات أجهزة المشي المصممة للحيوانات الأليفة سطح جري أطول، ومداخل أمامية وخلفية مفتوحة، وحواجز جانبية لمنع سقوط الحيوان. ولا يُنصح باستخدام أي منها دون إشراف بشري. كما تقدم العديد من العيادات البيطرية ومراكز إعادة تأهيل الحيوانات العلاج المائي كجزء من خدماتها المقدمة لحيوانات عملائها الأليفة.

تُعرف التطبيقات المتقدمة باسم أجهزة المشي متعددة الاتجاهات. وهي مصممة للحركة في بُعدين، وتُستخدم كأساس لـ" غرفة محاكاة الواقع الافتراضي ". وقد طُرحت حلول عديدة، لكن الأبحاث لا تزال جارية نظرًا لوجود بعض المشكلات التي لم تُحل بعد، مثل الحجم الكبير والضوضاء والاهتزاز. وفي الوقت نفسه، يجري باحثون يعملون على مشاريع ممولة من وزارة شؤون المحاربين القدامى الأمريكية تطويرات موازية لإنشاء بيئات واقع افتراضي لمدرب الكراسي المتحركة بهدف تعزيز التمارين العلاجية. ^{[ 20 ]}