Els exoesquelets que ajuden a moure les cames, augmentant la velocitat de la marxa i reduint l’energia necessària, poden ser útils per a persones amb problemes de mobilitat, entre altres aplicacions. Els beneficis d’aquests dispositius s’han demostrat, sobretot, dins dels laboratoris amb cintes de córrer, però no en condicions reals, on la velocitat i la durada de la caminada són variables.
Ara, bioenginyers de la Universitat de Stanford, a Califòrnia (EUA), han fabricat una ‘bota’ exoesquelètica que s’adapta a cada usuari perquè aquest pugui caminar més ràpidament i eficaçment al carrer, en condicions reals. Els resultats del seu estudi, que publiquen en la revista Nature, mostren un nou enfocament en el disseny de sistemes robòtics ‘vestibles’ i el seu potencial perquè en el futur es puguin utilitzar en la vida quotidiana.
El dispositiu pesa 1,2 kg per turmell i compte, entre altres components, amb sensors portàtils de baix cost, sistemes de transmissió de forces i informació, i bateries que es col·loquen en la cintura dels usuaris, a més d’un nou model de gestió de dades amb intel·ligència artificial.
“Un dels avanços del nostre treball va ser el desenvolupament d’un model d’aprenentatge automàtic que utilitza les dades dels sensors portàtils de l’exoesquelet (angle del turmell, la seva velocitat i esforç de torsió aplicat) per determinar quin era el millor patró d’assistència en utilitzar el nostre dispositiu”, explica a SINC l’autor principal, Patrick Slade.
L’exoesquelet de turmell portàtil consta de (1) una bateria que s’emporta en la cintura, (2) un motor, un tambor i una corda de transmissió, (3) un sistema electrònic per a rebre les dades dels sensors, manar ordres al motor i realitzar l’optimització, (4) una estructura de fibra de carboni i alumini per a transmetre les forces, (5) sabatilles normals i (6) una corretja en el panxell per a transferir les forces al cos | Universitat de Stanford/Kurt Hickman/P. Slade et al./NatureEl model compara canvis de moviment entre diferents condicions d’assistència per veure quines són les millors, prova altres similars a aquestes i repeteix el procés diverses vegades fins a donar amb la qual s’adapta millor a les característiques de la marxa de cada usuari. “Aquest enfocament convergeix lentament en allò que el dispositiu considera que és el millor patró d’assistència per a cada persona”, afirma l’enginyer.
Els resultats d’aquest nou mètode no sols igualen en eficàcia al dels sistemes tradicionals fets servits en els laboratoris per optimitzar els exoesquelets, sinó que ho fa quatre vegades més ràpid. A més, diversos voluntaris –alguns equipats amb ‘respiròmetres’ per mesurar també el seu intercanvi d’oxigen i CO₂ en cada respiració– ho van provar amb èxit al campus de la universitat.
Amb l’assistència de l’exoesquelet optimitzada per al món real, el cost energètic de la caminada es va reduir en un 17% i la velocitat de marxa va augmentar en un 9% (uns 0,12 metres per segon més) en comparació amb portar només el calçat normal. Aquest estalvi energètic és equivalent a treure’s de sobre una motxilla de 9,2 kg.
“Fins ara, cap exoesquelet ha demostrat beneficis en el món real quant a la reducció de l’energia necessària per caminar o l’augment de la velocitat de la marxa”, destaca Slade, “i això es deu al fet que és increïblement difícil ajudar els humans a caminar a causa del nostre disseny muscular, tendinós i esquelètic altament evolucionat i especialitzat, que fa que el moviment sigui molt eficient”.
Ajuda a gent gran i en treballs durs
De moment, aquest prototip s’ha avaluat amb persones joves i sanes per temes de seguretat, però els autors confien que versions millorades puguin ser útils per a altres amb dificultats per caminar, d’edats avançades o en treballs físicament exigents, encara que es requeriran estudis addicionals.
“Els dispositius d’assistència com aquest podrien proporcionar més independència a les persones amb problemes de mobilitat, com els ancians o amb malalties musculars, i ja hem començat a estudiar-ho”, comenta Slade, “i també podem usar les mateixes idees per millorar la col·laboració entre humans i robots en una àmplia gamma de tasques (treball en fàbriques, vida assistida, cirurgia, etc.), utilitzant models basats en dades que optimitzin les respostes robòtiques als moviments humans”.
“Els principals reptes als quals ens enfrontem ara són realitzar experiments amb poblacions clíniques específiques per determinar quina serà l’assistència més eficaç per a elles –afegeix–. Després, haurem de treballar amb socis comercials per traduir aquesta tecnologia en dispositius que es puguin comprar i utilitzar diàriament. Encara que el nostre prototip de recerca és funcional, necessita molta feina d’enginyeria per a convertir-se en un producte robust en la vida quotidiana”.
Sortir fora del laboratori
En un article paral·lel, publicat també a Nature, l’investigador Carlos Rodríguez de la Universitat KU Leuven (Bèlgica) valora aquest treball: “Els avanços que es presenten són significatius, ja que es proposa un mètode relativament simple que permet adaptar el comportament de l’exoesquelet a l’usuari, obtenint informació del seu ús en el dia a dia, en lloc d’estar confinat a complicats mètodes en laboratoris altament especialitzats”.
“La naturalesa d’aquest mètode –conclou–, permet que el dispositiu s’adapti d’una manera més natural i ràpida a les diferències en la marxa presents en cadascun de nosaltres. Aquesta disminució en complexitat, ve acompanyada de la promesa d’acostar aquesta tecnologia cada vegada més als usuaris finals i una mica més a un futur on els dispositius biònics estiguin disponibles per millorar la nostra qualitat de vida”.
Aquest article s’ha publicat originalment a Agencia SINC. Llegeix-lo en castellà aquí.
