En el futuro, los soldados, bomberos y rescatistas pueden usar exosuits blandos robóticos inteligentes basados en textiles para ayudarlos a atravesar terrenos difíciles y llegar frescos a sus destinos para que puedan realizar sus tareas respectivas de manera más efectiva. También podríanconvertirse en un medio poderoso para mejorar la movilidad y la calidad de vida de las personas que padecen trastornos neurodegenerativos y para los ancianos.
El equipo de Conor Walsh en el Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en la Universidad de Harvard y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de John A. Paulson SEAS de Harvard ha estado a la vanguardia del desarrollo de diferentes dispositivos robóticos portátiles que soportan la movilidad mediante la aplicación mecánicafuerza a las articulaciones críticas del cuerpo, incluidas las articulaciones del tobillo o la cadera, o en el caso de un exosuit blando de múltiples articulaciones.financió los esfuerzos del equipo como parte de su antiguo programa Warrior Web.
Si bien los investigadores han demostrado que las versiones basadas en laboratorio de exosuits suaves pueden proporcionar beneficios claros a los usuarios, permitiéndoles gastar menos energía mientras caminan y corren, sigue existiendo la necesidad de exosuits totalmente portátiles que sean adecuados para usar en el mundo real.
Ahora, en un estudio reportado en las actas de la Conferencia Internacional IEEE 2018 sobre Robótica y Automatización ICRA, el equipo presentó su última generación de un traje móvil multi-articulación, que ha sido mejorado en todos los frentes y probado en elcampo a través de largas marchas sobre terreno irregular. Usando el mismo exosuit en un segundo estudio publicado en el Revista de Neuroingeniería y Rehabilitación JNER , los investigadores desarrollaron un método de ajuste automático para personalizar su asistencia en función de cómo el cuerpo de un individuo está respondiendo a él, y demostraron ahorros de energía significativos.
El exosuit suave de múltiples articulaciones consta de componentes de prendas textiles que se usan en la cintura, muslos y pantorrillas. A través de un sistema de actuación móvil optimizado que se usa cerca de la cintura e integrado en una mochila militar, las fuerzas mecánicas se transmiten a través de cables que son guiados a través delos componentes blandos del exosuit para las articulaciones del tobillo y la cadera. De esta manera, el exosuit agrega potencia a los tobillos y las caderas para ayudar con los movimientos de las piernas durante el ciclo de caminata.
"Hemos actualizado todos los componentes en esta nueva versión del exosuit suave de múltiples articulaciones: la prenda es más fácil de usar, fácil de poner y acomodar a diferentes formas del cuerpo; la actuación es más robusta, más ligera, más silenciosa y más pequeña; y el sistema de control nos permite aplicar fuerzas a las caderas y los tobillos de manera más robusta y consistente ", dijo David Perry, coautor del estudio ICRA e ingeniero del personal del equipo de Walsh. Como parte del programa DARPA, el exo traje fueprobado en campo en Aberdeen, MD, en colaboración con los Laboratorios de Investigación del Ejército, donde los soldados caminaron a través de un curso a campo traviesa de 12 millas.
"Anteriormente demostramos que es posible utilizar métodos de optimización en línea que al cuantificar los ahorros de energía en el laboratorio individualizan automáticamente los parámetros de control entre los diferentes usuarios. Sin embargo, necesitábamos un medio para ajustar los parámetros de control de manera rápida y eficiente a las diferentes formas de caminar de los soldadosen el Ejército fuera de un laboratorio ", dijo Walsh, Ph.D., miembro de la Facultad Central del Instituto Wyss, el Profesor Asociado John L. Loeb de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en SEAS y Fundador, del Laboratorio de Biodiseño de Harvard.
En el estudio de JNER, el equipo presentó un nuevo método de ajuste adecuado que utiliza sensores de exosuit para optimizar la potencia positiva entregada en las articulaciones del tobillo. Cuando un usuario comienza a caminar, el sistema mide la potencia y ajusta gradualmente los parámetros del controlador hasta encontrarlosque maximizan los efectos del exosuit en función de la mecánica de la marcha individual del usuario. El método se puede utilizar como una medida indirecta para mediciones de energía elaboradas.
"Evaluamos los parámetros metabólicos en los siete participantes del estudio que usaban exosuits que se sometieron al proceso de ajuste y descubrieron que el método redujo el costo metabólico de caminar en aproximadamente un 14.8% en comparación con caminar sin el dispositivo y en aproximadamente un 22% en comparación con caminar conel dispositivo no funciona ", dijo Sangjun Lee, el primer autor de ambos estudios y un estudiante graduado con Walsh en SEAS.
"Estos estudios representan la culminación emocionante de nuestros esfuerzos financiados por DARPA. Ahora continuamos optimizando la tecnología para usos específicos en el Ejército donde los movimientos dinámicos son importantes; y lo estamos explorando para ayudar a los trabajadores en las fábricas que realizan tareas físicas extenuantes", dijo Walsh." Además, el campo ha reconocido que aún queda mucho por entender sobre la ciencia básica de la coadaptación de humanos y robots portátiles. Las futuras estrategias de co-optimización y los nuevos enfoques de entrenamiento podrían ayudar a mejorar aún más los efectos de individualización yPermitir que los usuarios que inicialmente responden mal a los exosuits también se adapten a ellos y se beneficien de su asistencia ".
"Esta investigación marca un punto importante en la Iniciativa de Robótica Suave Bioinspirada del Instituto Wyss y su desarrollo de exosuits blandos, ya que abre un camino en el que los usuarios robustos y discapacitados pueden adoptar y personalizar dispositivos robóticos en escenarios del mundo real".El Director Fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., quien también es el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en HMS y el Programa de Biología Vascular en el Hospital de Niños de Boston, y Profesor de Bioingeniería en SEAS.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Original escrito por Benjamin Boettner. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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