Cuando Conor Walsh era un estudiante graduado en el MIT, actuó como piloto de prueba para el programa de exoesqueleto de su profesor. El dispositivo potente y rígido era difícil de usar y trabajar, debido a la forma en que tenía que interactuar con el cuerpo, lo que obligaba al cuerpo del usuario a cumplir con la estructura del dispositivo, en lugar de viceversa.
Finalmente, Walsh se mudó a Harvard y comenzó su propia investigación de exosuit. Pero se propuso trabajar en sistemas flexibles y flexibles para ayudar a la locomoción. Después de cinco años de trabajo, sus trajes han ayudado a los caminantes a moverse de 20 a 25 por ciento más eficientemente, según su investigación, publicada recientemente en Science Robotics .
"El enfoque que estamos adoptando, y un grupo de otros grupos también están comenzando a adoptar, es ¿pueden brindar asistencia pequeña a moderada, pero a través de una plataforma muy ligera y no restrictiva?", Dice Walsh.
El aparato se basa en un cable, que ayuda a ayudar al movimiento de dos articulaciones diferentes, el tobillo y la cadera. El usuario usa un arnés alrededor de la cintura, y las correas se extienden desde este arnés hasta los tirantes alrededor de cada pantorrilla. Un cable se extiende desde el talón hasta una polea en la pantorrilla, y luego a un pequeño motor. (Por ahora, ha mantenido el motor y la fuente de alimentación montados en otro lugar, como una forma de simplificar el estudio).
Los sensores giroscópicos montados en los pies envían datos a un microcontrolador, que interpreta el paso del caminante y activa el motor en el momento adecuado. A medida que el motor se enrolla en el cable, tira del talón, ayudando al paso (llamado flexión plantar). El cinturón tiene dos propósitos; actúa como soporte, por lo que la pantorrilla no tiene que soportar tanta presión, pero también ofrece asistencia a la articulación de la cadera, ya que la fuerza de la polea se transfiere hacia arriba a través de las correas.
Walsh y sus coautores hicieron funcionar el aparato a cuatro niveles de potencia diferentes para ver cuál era el más eficiente.
"El objetivo principal de este estudio era observar, a medida que aumentamos la cantidad de asistencia que estamos brindando a la persona ... ¿qué tipos de respuesta vemos de la persona?", Dice Walsh.
Lo que encontraron fue que, incluso en el nivel más alto de asistencia (medido por la fuerza aplicada como porcentaje del peso corporal, con un máximo del 75 por ciento), no vieron una meseta; La eficiencia, medida por la cantidad de oxígeno que los participantes usaron mientras caminaban, siguió subiendo.
"Lo que sugieren sus datos es que, si sigues tratando de agregar más asistencia, puede que no haya límite, ni límite para cuánto podríamos mejorar el consumo de combustible de una persona, si lo deseas", dice Greg Sawicki. Sawicki también trabaja en exosuits de asistencia para caminar, como profesor asociado de ingeniería biomédica en la Universidad de Carolina del Norte. Sus dispositivos se basan en un exoesqueleto rígido pequeño y liviano, a veces impulsado, a veces accionado por un resorte, que se ajusta alrededor del tobillo.
"En nuestros estudios, encontramos un resultado diferente, que es que a menudo hay rendimientos decrecientes", dice. "Lo haces bien hasta cierto punto de asistencia, y luego si das demasiado, la eficiencia del sistema humano-máquina comienza a disminuir". Sospecha que parte de la diferencia se debe a la arquitectura multiarticular de Walsh, y cómo Incorpora el movimiento de la cadera.
Tanto el trabajo de Walsh como el de Sawicki se han aplicado al campo de la medicina, ayudando a las víctimas de derrame cerebral o pacientes con esclerosis múltiple u otras lesiones y enfermedades relacionadas con la edad para aumentar su movilidad. Walsh se ha asociado con ReWalk Robotics para desarrollar sistemas para estas aplicaciones. Pero hay una segunda aplicación importante, que ha ayudado a Walsh a obtener fondos de DARPA: los soldados que arrastran equipo pesado algún día podrían usar trajes como estos para ayudarlos a caminar más lejos, transportar más y experimentar menos fatiga.
En la búsqueda de ambos objetivos, Walsh ha estado refinando los textiles, los sistemas de actuación y los controladores para que estos trajes sean más realistas fuera del laboratorio. "Los avances en este campo se producen a través de colaboraciones con personas que entienden lo humano, la fisiología, la biomecánica y las personas que entienden la robótica y el aspecto tecnológico", dice. Es un enfoque interdisciplinario, con diseño y ergonomía, pero también biomecánica, ingeniería de software y robótica. Todos caminan un poco diferente, por lo que el sistema debe ser al menos parcialmente personalizable. Y luego está el peso.
"El mayor desafío es la densidad de potencia de la actuación", dice Sawicki, y señala que montar las baterías y los motores en el andador en lugar de hacerlo de forma remota en un soporte cercano, como lo hizo Walsh, podría disminuir la eficiencia. Hasta que la tecnología de la batería y el motor mejore, cualquier aumento en la potencia requiere un aumento en el peso, una compensación que, por ahora, es inherente a todos esos caminantes. "Existe esta regla fundamental de que si quieres ser más poderoso, debes ser más pesado cuando se trata de motores".