Un exoesqueleto blando puede adaptarse automáticamente a las necesidades de la marcha
Nuestra forma de caminar cambia constantemente. Modificamos la velocidad y nos adaptamos a las pendientes sin pensarlo. Por esa variabilidad es difícil reproducir la marcha con exoesqueletos. Sin embargo, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard (SEAS) han desarrollado un enfoque que ajusta automáticamente un exoesqueleto blando según la forma en que camina la persona.
Por lo general, ajustar los exoesqueletos a la marcha requiere varias horas de configuración manual o automática. Este proceso puede resultar complicado para una persona sana y, a veces, casi imposible para personas mayores o pacientes clínicos.
Los investigadores de SEAS aplican un enfoque único al diseño de su exoesqueleto. En lugar de centrarse en los movimientos dinámicos de las extremidades del usuario, crearon una estrategia de asistencia basada en los músculos.
«Registramos con ecografía la dinámica del músculo sóleo de las personas a diferentes velocidades de marcha e inclinaciones. A partir de estas imágenes previamente registradas, estimamos la fuerza generada por el sóleo mediante una contracción concéntrica ineficiente y desarrollamos un perfil de asistencia del exotraje proporcional a esa fuerza estimada. Evaluamos este enfoque con un exotraje bilateral de tobillo en cada tarea de marcha medida», explicaron los investigadores.
Con esta estrategia, un sistema portátil de ultrasonido realiza mediciones ecográficas de los músculos gemelos. Estas mediciones permiten estimar la fuerza que generan dichos músculos. Con los datos, los investigadores desarrollan un perfil de asistencia individual. Después, el exotraje determina automáticamente la cantidad de asistencia necesaria para distintas velocidades de marcha e inclinaciones. El exotraje proporciona una fuerza de asistencia menor para ayudar a alguien a caminar.
«Usamos ultrasonido para mirar bajo la piel y medir directamente lo que hacen los músculos del usuario durante varias tareas de marcha. Nuestros músculos y tendones son flexibles, lo que significa que no necesariamente existe una correspondencia directa entre el movimiento de las extremidades y el de los músculos principales que controlan dicho movimiento»
Lo que distingue este método de los anteriores es la capacidad del exoesqueleto para determinar automáticamente la asistencia que necesita una persona al caminar a distintas velocidades e inclinaciones. El exotraje solo necesita unos pocos segundos de marcha para captar el perfil del músculo.
Según los investigadores, este exotraje puede adaptarse rápidamente a condiciones reales. Cuando los científicos midieron la energía metabólica utilizada con y sin el traje, descubrieron que el traje reduce significativamente la cantidad de energía metabólica empleada.
El estudiante de posgrado de SEAS y coautor del estudio Sanjun Li explicó: «Al medir los músculos directamente, podemos trabajar de forma más intuitiva con la persona que usa el exotraje. Con este enfoque, el exotraje no somete a su usuario, sino que trabaja junto a él».
Este estudio es fruto de la colaboración entre el Laboratorio de Biorrobótica de Harvard y el Laboratorio de Biodiseño de Harvard, dirigido por Conor J. Walsh, profesor de ingeniería y ciencias aplicadas en SEAS. Los investigadores de SEAS planean seguir avanzando, comprobando cómo funciona el sistema con ajustes constantes en tiempo real.
«La variación de la marcha humana depende de la fisiología individual, del entorno y de la tarea de caminar. Por tanto, en el campo de la robótica portátil existe una clara necesidad de adaptar la asistencia al usuario y a la tarea. Aquí desarrollamos una estrategia de asistencia basada en los músculos, en la que la ayuda del exotraje se obtuvo a partir de mediciones directas de la dinámica muscular humana durante tareas específicas», se afirma en el estudio.
En pruebas en condiciones reales, el exotraje logró adaptarse rápidamente a los cambios de velocidad de marcha e inclinación.
«Este enfoque puede favorecer la adopción de robots portátiles en situaciones dinámicas reales, ofreciendo una asistencia cómoda y adaptada»
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El Instituto de Ingeniería Biológica Wyss de la Universidad de Harvard utiliza los principios del diseño de la naturaleza para desarrollar materiales y dispositivos basados en la bioquímica que transformarán la medicina y crearán un mundo más sostenible.
Los investigadores de Wyss desarrollan nuevas soluciones de ingeniería innovadoras para la sanidad, la energía, la arquitectura, la robótica y la fabricación, que llegan al mercado como productos comerciales y tratamientos gracias a la colaboración con investigadores clínicos, alianzas empresariales y la creación de nuevas startups.
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