Es posible que un traje mal hecho a medida o una camiseta encogida no sea lo más elegante, pero es poco probable que usarlos dañe más que tu reputación. Un exoesqueleto robótico mal ajustado en el campo de batalla o en la fábrica, sin embargo, podría ser muchoproblema más grande que un paso en falso de la moda.
Los exoesqueletos, muchos de los cuales funcionan con resortes o motores, pueden causar dolor o lesiones si sus articulaciones no están alineadas con las del usuario. Para ayudar a los fabricantes y consumidores a mitigar estos riesgos, los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NISTdesarrolló un nuevo método de medición para probar si un exoesqueleto y la persona que lo usa se mueven sin problemas y en armonía.
En un nuevo informe, los investigadores describen un sistema de seguimiento óptico OTS similar a las técnicas de captura de movimiento utilizadas por los cineastas para dar vida a los personajes generados por computadora.
El OTS utiliza cámaras especiales que emiten luz y capturan lo que se refleja mediante marcadores esféricos dispuestos en objetos de interés. Una computadora calcula la posición de los objetos etiquetados en el espacio 3D. Aquí, este enfoque se utilizó para rastrear el movimiento de unexoesqueleto y piezas de prueba, llamados "artefactos", sujetos a su usuario.
"El objetivo final es sujetar estos artefactos a la persona, poner el exoesqueleto, comparar la diferencia entre la persona que usa estos artefactos y el exoesqueleto y ver si se mueven igual", dijo Roger Bostelman, ingeniero de robótica enNIST y autor principal del estudio. "Si se mueven en concierto entre sí, entonces encaja correctamente. Si se mueven de manera diferente, no encaja correctamente y usted podría determinar los ajustes a partir de ahí".
En el nuevo estudio, los investigadores del NIST tenían como objetivo capturar el movimiento de la rodilla, una de las articulaciones relativamente simples del cuerpo, dijo Bostelman. Para evaluar la incertidumbre de medición de su nuevo enfoque, construyeron dos piernas artificiales como bancos de prueba.Una presentaba una rodilla protésica lista para usar, mientras que la otra incorporaba una rodilla impresa en 3D que imitaba más de cerca a la real. También se sujetaban placas de metal a las piernas con cordones elásticos para representar extremidades exoesqueléticas o artefactos de prueba adheridos al cuerpo.
Después de fijar marcadores en las patas y placas, el equipo usó el OTS y un transportador digital para medir los ángulos de las rodillas en todo su rango de movimiento. Al comparar los dos conjuntos de medidas, pudieron determinar que su sistema era capaz deseguimiento preciso de la posición de las piernas.
Las pruebas también establecieron que su sistema podría calcular los movimientos separados de las piernas y las placas exoesqueléticas, lo que permite a los investigadores mostrar qué tan alineados están los dos mientras se mueven.
Para adaptar su método para que se utilice en la pierna de una persona real, el equipo diseñó e imprimió en 3D artefactos ajustables que, como una rodillera, se ajustan al muslo y la espinilla del usuario. A diferencia de la piel, que se desplaza debido a supropia elasticidad y músculos que se contraen debajo, o ropa ajustada a la piel que puede ser incómoda para algunos, estos artefactos ofrecen una superficie rígida para colocar marcadores de manera estable y consistente en diferentes personas, dijo Bostelman.
El equipo montó los artefactos de rodilla y un exoesqueleto de cuerpo completo adornado con marcadores reflectantes en Bostelman. Con el OTS vigilando de cerca sus piernas, procedió a realizar varias series de sentadillas.
Las pruebas mostraron que la mayor parte del tiempo, la pierna de Bostelman y el exoesqueleto se movían en armonía. Pero por breves momentos, su cuerpo se movía mientras que el exoesqueleto no lo hacía. Estas pausas podrían explicarse por la forma en que funciona este exoesqueleto.
Para proporcionar fuerza adicional, utiliza resortes, que se activan y desactivan a medida que la persona se mueve. Sin embargo, el exoesqueleto se detiene cuando los resortes cambian de modo, resistiendo temporalmente el movimiento del usuario. Al detectar los matices de la función del exoesqueleto, el nuevo método de medicióndemostró su atención al detalle.
Los datos brutos por sí solos no siempre revelan si un ajuste es adecuado. Para mejorar la precisión de su método, Bostelman y su equipo también utilizarán algoritmos computacionales para analizar los datos posicionales.
"Los siguientes pasos son desarrollar artefactos para el brazo, la cadera y básicamente todas las articulaciones con las que se supone que este exoesqueleto debe estar alineado y luego realizar pruebas similares", dijo Bostelman.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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