El exoesqueleto robótico ayuda a las personas a caminar
Los investigadores crearon un exoesqueleto robótico de pierna que proporciona asistencia personalizada para caminar en condiciones del mundo real.
Los exoesqueletos robóticos podrían ayudar a las personas con discapacidades de movilidad o con trabajos físicamente exigentes.
Los investigadores desarrollaron un exoesqueleto que puede ayudar a caminar. Kurt Hickman
Millones de personas tienen condiciones que dificultan caminar. Millones más realizan regularmente movimientos extenuantes como parte de sus trabajos. Los dispositivos robóticos portátiles llamados exoesqueletos que ayudan a las piernas a moverse podrían beneficiar a ambos grupos. En entornos de laboratorio, tales dispositivos han ayudado a las personas a caminar más rápido mientras usan menos energía. Pero varios obstáculos han impedido que estos dispositivos sean prácticos para el uso diario.
Para obtener la mejor mejora en el rendimiento al caminar, un exoesqueleto tiene que adaptarse a las necesidades de un usuario individual. Hacerlo generalmente requiere datos extensos sobre el movimiento y la tasa metabólica del usuario. La recopilación de estos datos requiere costosos equipos de laboratorio y horas de caminata en una cinta de correr. Esto sería costoso y poco práctico de hacer para un dispositivo médico de consumo.
Un equipo de investigación financiado por los NIH en la Universidad de Stanford dirigido por el Dr. Steven Collins ha desarrollado un exoesqueleto que puede adaptarse rápidamente al usuario durante la marcha normal. El trabajo fue descrito en Nature el 12 de octubre de 2022.
Primero, los investigadores desarrollaron un modelo para estimar las tasas metabólicas relativas a partir de datos de movimiento. Esto permitió que el exoesqueleto obtuviera todos los datos que necesitaba durante la caminata de sensores portátiles, evitando la necesidad de recopilar datos en un laboratorio. Los investigadores basaron su modelo en extensos datos metabólicos y de movimiento recopilados en un experimento anterior mientras las personas caminaban en diversas condiciones.
El equipo probó qué tan bien un exoesqueleto basado en su modelo podría adaptarse a un usuario. Luego lo compararon con uno basado en mediciones de laboratorio. Ambos métodos terminaron aplicando fuerzas similares a diferentes velocidades y redujeron el esfuerzo de manera similar en una variedad de condiciones. Pero la adaptación basada en modelos tomó solo una cuarta parte del tiempo que la adaptación basada en la medición.
A continuación, los investigadores crearon un exoesqueleto portátil con tobillo que podría usarse en el mundo real. El exoesqueleto fue alimentado por un paquete de baterías que se usa en la cintura. Con cada paso, un motor proporcionaba torsión en el tobillo, ayudando al usuario a empujar.
El equipo realizó pruebas del dispositivo al aire libre en las aceras públicas. Durante una hora, los participantes caminaron un curso prescrito mientras usaban el exoesqueleto. Caminaron el curso en episodios cortos con diferentes velocidades para imitar los patrones típicos de caminar del mundo real.
En comparación con caminar con zapatos normales, el exoesqueleto aumentó la velocidad de marcha en un 9% mientras gastaba un 17% menos de energía en promedio. Esto es igual al ahorro de energía de quitar una mochila de 20 libras. Al caminar en una cinta de correr a una velocidad constante, los usuarios gastaron hasta un 23% menos de energía, lo que equivale a quitar una mochila de 30 libras.
«Este exoesqueleto personaliza la asistencia a medida que las personas caminan normalmente por el mundo real», dice Collins. «Y resultó en mejoras excepcionales en la velocidad al caminar y la economía de energía».
«Esto abre la puerta a un uso mucho más amplio de exoesqueletos para ayudar a las personas con discapacidades físicas y personas como los bomberos, que necesitan transportar cargas pesadas», agrega el coautor Dr. Scott Delp.
—por Brian Doctrow, Ph.D.