Un nuevo prototipo robótico de prótesis de pierna ofrece una marcha más natural, a la vez que es más silencioso y más eficiente energéticamente que otros diseños.
La clave es el uso de nuevos motores pequeños y potentes, diseñados originalmente para un brazo robótico en la Estación Espacial Internacional. El diseño aerodinámico ofrece una rodilla que se balancea libremente y un frenado regenerativo, que carga la batería con la energía capturada cuando el pie golpeael suelo. Esta característica permite que la pierna duplique más de las necesidades típicas de caminar de un usuario protésico con una carga por día.
"Nuestra pierna protésica consume aproximadamente la mitad de la energía de la batería de las patas robóticas de última generación, pero puede producir más fuerza", dijo Robert Gregg, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Michigan y miembro de laUM Robotics Institute, quien dirigió el estudio mientras estaba en la Universidad de Texas en Dallas. Gregg se mudó a la UM el año pasado.
Usando prótesis convencionales, los amputados deben levantar sus caderas para levantar el pie protésico del piso y balancear la pierna hacia adelante. Esta marcha antinatural requiere más energía que caminar ordinariamente, causa más estrés y dolor en las caderas y la espalda baja, y eventualmente dañalas articulaciones. Las patas robóticas tienen el potencial de proporcionar una marcha mucho más cómoda, pero uno de sus inconvenientes es la rigidez en las articulaciones.
"Diseñamos nuestras articulaciones para que sean lo más flexibles o flexibles posible", dijo Toby Elery, primer autor del estudio y recién graduado de doctorado de UT Dallas. "Nuestra pierna robótica puede funcionar e incluso reaccionar como lo haría una articulación humana"., lo que permite una rodilla que se balancea naturalmente y la absorción de impactos al tocar el suelo "
Los motores con patas robóticas deben caber en el espacio que ocuparía una extremidad ordinaria. En el pasado, esto significaba usar motores pequeños que giraban rápidamente, y luego usar una serie de engranajes para convertir el giro rápido en uno más potentefuerza.
El problema es que los engranajes son ruidosos, ineficientes, agregan peso y dificultan el balanceo de las articulaciones. El grupo de Gregg superó esto al incorporar dos de esos motores más fuertes de la estación espacial, uno que alimenta la rodilla y el otro que impulsa el tobillo.
Hay muchos beneficios al usar menos marchas. Además de habilitar la rodilla que se balancea libremente, quitar las marchas redujo el nivel de ruido de la escala de una aspiradora a un refrigerador. Además, el frenado regenerativo absorbe parte del impacto cuandoel pie protésico toca el suelo
"Si las articulaciones son rígidas o rígidas, la fuerza se transfiere a la extremidad residual, y eso puede ser doloroso", dijo Gregg. "En cambio, usamos esa fuerza para cargar la batería".
Los amputados que prueban las prótesis en el laboratorio de Gregg dicen que pueden sentir la pierna ayudándoles a levantarse del suelo mientras caminan.
"En algunos casos, han observado que sienten que los músculos de las caderas y la espalda están trabajando menos con nuestra pierna, en comparación con su pierna convencional", dijo Gregg. "Podemos reducir las compensaciones en las caderas".
El siguiente paso del equipo es mejorar los algoritmos de control que pueden ayudar a que la pierna se ajuste automáticamente a diferentes terrenos, cambios de ritmo y transiciones entre diferentes tipos de actividad.
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Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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