Unha ‘bota’ exoesquelética permite camiñar de forma máis rápida e eficaz

Enxeñeiros de EEUU dan un novo paso cara a futuros dispositivos de marcha asistida para persoas con problemas de mobilidade

Unha persoa camiña co novo exoesqueleto. Crédito: Stanford University/Kurt Hickman
Unha persoa camiña co novo exoesqueleto. Crédito: Stanford University/Kurt Hickman

Os exoesqueletos que axudan a mover as pernas, aumentando a velocidade da marcha e reducindo a enerxía necesaria, poden ser útiles para persoas con problemas de mobilidade, entre outras aplicacións. Os beneficios destes dispositivos demostráronse, sobre todo, dentro dos laboratorios con cintas de correr, pero non en condicións reais, onde a velocidade e a duración da camiñada son variables.

Agora, bioenxeñeiros da Universidade de Stanford en California (EEUU) fabricaron unha ‘bota’ exoesquelética que se adapta a cada usuario para que este poida camiñar máis rápido e eficazmente na rúa, en condicións reais. Os resultados do seu estudo, que se publican na revista Nature, mostran un novo enfoque no deseño de sistemas robóticos ‘vestibles’ e o seu potencial para que no futuro se poidan utilizar na vida cotiá.

O dispositivo pesa 1,2 kg por nocello e conta, entre outros compoñentes, con sensores portátiles de baixo custo, sistemas de transmisión de forzas e información, e baterías que se colocan na cintura dos usuarios, ademais dun novo modelo de xestión de datos con intelixencia artificial.

“Un dos avances do noso traballo foi o desenvolvemento dun modelo de aprendizaxe automática que utiliza os datos dos sensores portátiles do exoesqueleto (ángulo do nocello, a súa velocidade e esforzo de torsión aplicado) para determinar cal era o mellor patrón de asistencia ao utilizar o noso dispositivo”, explica a SINC o autor principal, Patrick Slade.

O exoesqueleto de nocello portátil consta de (1) unha batería que leva na cintura, (2) un motor, un tambor e unha corda de transmisión, (3) un sistema electrónico para recibir os datos dos sensores, mandar ordes ao motor e realizar a optimización, (4) unha estrutura de fibra de carbono e aluminio para transmitir as forzas, (5) zapatillas normais e (6) unha correa para transferir as forzas ao corpo. / Universidade de Stanford/Kurt Hickman / P. Slade et ao./Nature

O modelo compara cambios de movemento entre distintas condicións de asistencia para ver cales son as mellores, proba outras similares a estas e repite o proceso varias veces ata dar coa que se adapta mellor ás características da marcha de cada usuario. “Este enfoque converxe lentamente no que o dispositivo considera que é o mellor patrón de asistencia para cada persoa”, afirma o enxeñeiro.

Os resultados deste novo método non só igualan en eficacia ao dos sistemas tradicionais empregados nos laboratorios para optimizar os exoesqueletos, senón que o fai catro veces máis rápido. Ademais, diversos voluntarios —algúns equipados con ‘respirómetros’ para medir tamén o seu intercambio de osíxeno e CO2 en cada respiración— probárono con éxito no campus da universidade.

Con este dispositivo logrouse reducir un 17% o custo enerxético da marcha e aumentar a súa velocidade nun 9% respecto a levar só o calzado normal

Coa asistencia do exoesqueleto optimizada para o mundo real, o custo enerxético da camiñada reduciuse nun 17% e a velocidade de marcha aumentou nun 9% (uns 0,12 metros por segundo máis) en comparación con levar só o calzado normal. Este aforro enerxético é equivalente a quitar de encima unha mochila de 9,2 kg.

“Ata o de agora, ningún exoesqueleto demostrou beneficios no mundo real en canto á redución da enerxía necesaria para camiñar ou o aumento da velocidade da marcha”, destaca Slade, “e isto débese a que é incriblemente difícil axudar os humanos para camiñar debido ao noso deseño muscular, tendinoso e esquelético altamente evolucionado e especializado, que fai que o movemento sexa moi eficiente”.

Axuda a persoas maiores e en traballos duros

De momento este prototipo avaliouse con persoas mozas e sas por temas de seguridade, pero os autores confían en que versións melloradas poidan ser útiles para outras con dificultades para andar, de idades avanzadas ou en traballos fisicamente esixentes, aínda que se requirirán estudos adicionais.

“Os dispositivos de asistencia como este poderían proporcionar unha maior independencia ás persoas con problemas de mobilidade, como os anciáns ou con enfermidades musculares, e xa empezamos a estudalo”, comenta Slade, “e tamén podemos usar as mesmas ideas para mellorar a colaboración entre humanos e robots nunha ampla gama de tarefas (traballo en fábricas, vida asistida, cirurxía, etc.), utilizando modelos baseados en datos que optimicen as respostas robóticas aos movementos humanos”.

Os dispositivos de asistencia como este poderían proporcionar maior independencia ás persoas con problemas de mobilidade

PATRICK SLADE, investigador da Universidade de Stanford

“Os principais retos aos que nos enfrontamos agora son realizar experimentos con poboacións clínicas específicas para determinar cal será a asistencia máis eficaz para elas –engade–. Despois, teremos que traballar con socios comerciais para traducir esta tecnoloxía en dispositivos que se poidan comprar e utilizar a diario. Aínda que o noso prototipo de investigación é funcional, necesita moito traballo de enxeñería para converterse nun produto robusto na vida cotiá”.

Saír fora do laboratorio

Nun artigo paralelo, publicado tamén en Nature, o investigador Carlos Rodríguez da Universidade KU Leuven (Bélxica) valora este traballo: “Os avances que se presentan son significativos xa que se propón un método relativamente simple que permite adaptar o comportamento do exoesqueleto ao usuario, obtendo información do seu uso no día a día, en lugar de estar confinado a complicados métodos en laboratorios altamente especializados”.

“A natureza deste método –conclúe–, permite que o dispositivo se adapte dunha maneira máis natural e rápida ás diferenzas na marcha presentes en cada un de nós. Esta diminución en complexidade, vén acompañada da promesa de achegar esta tecnoloxía cada vez mais aos usuarios finais e achéganos un pouco mais a un futuro onde dispositivos biónicos estean dispoñibles para mellorar a nosa calidade de vida”.

Adestramento dun exoesqueleto de pernas dentro do laboratorio (esquerda) e fóra, no mundo real (dereita). Crédito: C. Rodríguez-Guerrero adaptado de P. Slade et al. / Nature

Referencia: Personalizing exoskeleton assistance while walking in the real world (Publicado en Nature)

DEIXAR UNHA RESPOSTA

Please enter your comment!
POLÍTICA DE COMENTARIOS:

GCiencia non publicará comentarios ofensivos, que non sexan respectuosos ou que conteñan expresións discriminatorias, difamatorias ou contrarias á lexislación vixente.

GCiencia no publicará comentarios ofensivos, que no sean respetuosos o que contentan expresiones discriminatorias, difamatorias o contrarias a la ley existente.

Please enter your name here

Este sitio emprega Akismet para reducir o spam. Aprende como se procesan os datos dos teus comentarios.