Entre caminar a un ritmo pausado y correr por tu vida, los pasos humanos pueden cubrir una amplia gama de velocidades. Por lo general, elegimos el paso que nos permite consumir la menor cantidad de energía a una velocidad determinada. Por ejemplo, a baja velocidadvelocidades, la tasa metabólica de caminar es menor que la de correr en un trote lento; viceversa, a altas velocidades, la tasa metabólica de correr es menor que la de caminar rápido.
Investigadores en laboratorios académicos y de la industria han desarrollado previamente dispositivos robóticos para rehabilitación y otras áreas de la vida que pueden ayudar a caminar o correr, pero ningún dispositivo portátil sin ataduras podría hacer ambas cosas de manera eficiente. Ayudar a caminar y correr con un solo dispositivo es un desafío debido abiomecánica fundamentalmente diferente de los dos pasos. Sin embargo, ambos pasos tienen en común una extensión de la articulación de la cadera, que comienza en el momento en que el pie entra en contacto con el suelo y requiere una energía considerable para impulsar el cuerpo hacia adelante.
como se informó hoy en ciencia , un equipo de investigadores del Instituto Wyss de Harvard para Ingeniería de Inspiración Biológica y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson SEAS, y la Universidad de Nebraska Omaha ahora ha desarrollado un exotraje portátil que ayuda con la extensión de cadera específica para la marchatanto para caminar como para correr. Su exotraje liviano está hecho de componentes textiles que se usan en la cintura y los muslos, y un sistema de actuación móvil unido a la parte inferior de la espalda que está controlado por un algoritmo que puede detectar de manera robusta la transición de caminar a correr y viceversa..
El equipo demostró por primera vez que el exosuit usado por los usuarios en las pruebas de interior en cinta rodante reducía en promedio sus tasas metabólicas de caminar en un 9.3% y de correr en un 4% en comparación con cuando caminaban y corrían sin el dispositivo ".Estábamos emocionados de ver que el dispositivo también funcionó bien durante la caminata cuesta arriba, a diferentes velocidades de carrera y durante las pruebas en el suelo al aire libre, lo que mostró la versatilidad del sistema ", dijo Conor Walsh, Ph.D., quien dirigió el estudio. Walsh esmiembro de la facultad central del Wyss Institute, profesor Gordon McKay de ingeniería y ciencias aplicadas en SEAS y fundador del Harvard Biodesign Lab. "Si bien las reducciones metabólicas que encontramos son modestas, nuestro estudio demuestra que es posible tener unLos robots portátiles ayudan a más de una sola actividad, ayudando a allanar el camino para que estos sistemas se vuelvan omnipresentes en nuestras vidas ", dijo Walsh.
El exotraje de cadera fue desarrollado como parte del antiguo programa Warrior Web de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA y es la culminación de años de investigación y optimización de la tecnología del exotraje blando por parte del equipo. Un exotraje previo de múltiples articulacionesdesarrollado por el equipo podría ayudar tanto a la cadera como al tobillo durante la marcha, y una versión médica del exosuit destinada a mejorar la rehabilitación de la marcha para los supervivientes de un accidente cerebrovascular ya está disponible comercialmente en los EE. UU. y Europa, mediante una colaboración con ReWalk Robotics
El exotraje de ayuda a la cadera más reciente del equipo está diseñado para ser más simple y liviano en comparación con su exotraje de articulaciones múltiples anterior. Ayuda al usuario a través de un sistema de activación por cable. Los cables de activación aplican una fuerza de tracción entre el cinturón y el muslose envuelve para generar un torque de extensión externo en la articulación de la cadera que trabaja en concierto con los músculos de los glúteos. El dispositivo pesa 5 kg en total con más del 90% de su peso ubicado cerca del centro de masa del cuerpo ". Este enfoque para concentrar el peso, combinado con la interfaz de ropa flexible minimiza la carga energética y la restricción de movimiento para el usuario ", dijo el coautor principal Jinsoo Kim, un estudiante graduado de SEAS en el grupo de Walsh." Esto es importante para caminar, pero aún más para correr comolas extremidades se mueven hacia adelante y hacia atrás mucho más rápido ". Kim compartió la primera autoría con Giuk Lee, Ph.D., un ex becario postdoctoral en el equipo de Walsh y ahora profesor asistente en la Universidad Chung-Ang en Seúl, Corea del Sur.
Un desafío importante que el equipo tuvo que resolver fue que el exotraje debía poder distinguir entre los modos de caminar y correr y cambiar sus perfiles de actuación en consecuencia con la cantidad adecuada de asistencia proporcionada en el momento adecuado del ciclo de la marcha.
Para explicar las diferentes cinéticas durante los ciclos de la marcha, los biomecánicos a menudo comparan caminar con los movimientos de un péndulo invertido y correr con los movimientos de un sistema de resorte-masa. Al caminar, el centro de masa del cuerpo se mueve hacia arriba después del golpe del talón,luego alcanza la altura máxima en la mitad de la fase de apoyo para descender hacia el final de la fase de apoyo. Al correr, el movimiento del centro de masa es opuesto. Desciende hacia una altura mínima en el medio de la fase de apoyo y luego se muevehacia arriba hacia el empuje.
"Aprovechamos estos conocimientos biomecánicos para desarrollar nuestro algoritmo de clasificación de la marcha inspirado biológicamente que puede detectar de manera robusta y confiable una transición de una marcha a otra al monitorear la aceleración del centro de masa de un individuo con sensores que están conectados al cuerpo", dijo el coautor para correspondencia Philippe Malcolm, Ph.D., profesor asistente en la Universidad de Nebraska Omaha." Una vez que se detecta una transición de la marcha, el exotraje ajusta automáticamente la sincronización de su perfil de actuación para ayudar a la otra marcha, como demostramospor su capacidad para reducir el consumo de oxígeno metabólico en los usuarios ".
En el trabajo continuo, el equipo se centra en optimizar todos los aspectos de la tecnología, incluida la reducción adicional del peso, la individualización de la asistencia y la mejora de la facilidad de uso. "Es muy satisfactorio ver hasta dónde ha llegado nuestro enfoque", dijo Walsh.y estamos entusiasmados de seguir aplicándolo a una variedad de aplicaciones, incluida la asistencia a personas con impedimentos en la marcha, trabajadores de la industria en riesgo de lesiones al realizar tareas físicamente extenuantes o guerreros recreativos de fin de semana ".
"Este innovador estudio que surge de la plataforma Bioinspired Soft Robotics del Wyss Institute nos da una idea de un futuro en el que los dispositivos robóticos portátiles pueden mejorar la vida de las personas sanas, así como ayudar a las personas con lesiones o que necesitan rehabilitación", dijoEl director fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., quien también es profesor de Biología Vascular Judah Folkman en HMS, el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital y profesor de Bioingeniería en SEAS.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica en Harvard . Original escrito por Benjamin Boettner. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :