• Ingenieros de la Universidad de Stanford (EE UU) han desarrollado un exoesqueleto de tobillo capaz de adaptar a cada persona, de tal forma que pueda andar a mayor velocidad y gastar menos energía.

  • El prototipo se ha probado con éxito en condiciones reales, en la calle, y supone un nuevo paso hacia los futuros dispositivos de marcha asistida que podrán utilizar personas con problemas de movilidad.

El hueso exoesqueletos que ayudan a mover las piernas, aumentando la velocidad de la marcha y reduciendo la energía necesaria, pueden ser útiles para personas con problemas de movilidad, entre otras aplicaciones. Los beneficios de estos dispositivos se han demostrado, sobre todo, dentro de los laboratorios con cintas de correr, pero no en condiciones reales, donde la velocidad y la duración de la caminata son variables.

Ahora, bioingenieros de la Universidad Stanford en California (EE UU) han fabricado una ‘bota’ exoesquelética eso adaptado a cada usuario para que puedas conducir de forma más rápida y eficiente por la calle, en condiciones reales. Los resultados de su estudio, que publican en la revista La naturalezamuestra un nuevo enfoque en el diseñador de sistemas robóticos ‘vestibles’ y su potencial para que en el futuro se puedan utilizar en la vida cotidiana.

El dispositivo pesa 1,2 kg por tobillo y cuenta, entre otros componentes, con sensores portátiles de bajo coste, sistemas de transmisión de fuerzas e información, y baterías que se colocan en la cintura de los usuarios, además de un nuevo modelo de gestión de datos con inteligencia artificial.

«Uno de los avances de nuestro trabajo fue el desarrollo de un modelo de aprendizaje automático que utiliza los datos de los sensores portátiles del exoesqueleto (ángulo del tobillo, su velocidad y esfuerzo de torsión aplicado) para determinar cuál era el mayor patrón de asistencia al utilizar nuestro dispositivo”, explica a SINC el autor principal, patricio slade.

El modelo compara cambios similares de movimiento entre distintas condiciones de asistencia para ver excelentes son las mejores, prueba otras a estas y repite el proceso varias veces hasta dar con la que se adapta mejor a las características de la marcha de cada usuario. «Este enfoque convergentemente en lo que el dispositivo considera que es el mejor patrón de asistencia para cada persona“, afirmó el ingeniero.

Un modelo de aprendizaje automático utilizando los datos de los sensores portátiles del exoesqueleto para determinar cuál es el mejor patrón de asistencia para cada usuario

Los resultados de este nuevo método no solo igualan en eficacia al de los tradicionales sistemas empleados en los laboratorios para optimizar los exoesqueletos, sino que lo hace cuatro veces más rápido. Además, diversos voluntarios –algunos con ‘respirametros’ para medir también su intercambio de oxígeno y CO2 en cada respiración– lo probaron con éxito equipado en el campus de la universidad.

Con el asistencia del exoesqueleto optimizado para el mundo real, el coste energético de la caminata se reduce en un 17% y la velocidad de marcha aumenta en un 9% (unos 0,12 metros por segundo más) en comparación con llevar solo el calzado normal. Este horro energético equivale a quitarse de encima una mochila de 9,2 kg.

«Hasta ahora, exoesqueleto ha demostrado beneficios en el mundo real en cuanto a la reducción de la energía necesaria para caminar o el aumento de la velocidad de la marcha», destaca Slade, «y esto se debe a que ninguno es extremadamente difícil ayudar a los humanos a caminar debido a nuestro diseño muscle, tendinoso y esquelético altamente evolucionado y especializado, que hace que el movimiento sea muy eficiente”.

Ayuda a personas mayores y en trabajos duros

De momento este prototipo se ha evaluado con personas jóvenes y sanas por temas de seguridad, pero los autores confían en que versiones mejoradas pueden ser útiles para otras con dificultades para andarde edades avanzadas o en trabajos físicamente exigentesnadie requerirá estudios adicionales.

«Los dispositivos de asistencia como este pueden proporcionar una mayor independencia a las personas con problemas de movilidadcomo los ancianos o con enfermedades musculares, y ya hemos empezado a estudiarlo», comentó Slade, «y también podemos usar las mismas ideas para mejorar la colaboración entre humanos y robots en una amplia gama de tareas (trabajo en fábricas, vida asistida, cirugía, etc.), utilizando modelos basados ​​en datos que optimizan las respuestas robóticas a los movimientos humanos”.

Con este dispositivo se ha logrado reducir un 17 % el coste energético de la marcha y aumentar su velocidad en un 9 % respecto a llevar solo el calzado normal: es como quitarse una mochila de 9,2 kg

«Los principales retos a los que nos enfrentamos ahora son realizar experimentos con situaciones clínicas específicas para determinar cuál será la asistencia más eficaz para ellas –añade–. Despues, tendermos que trabajar con socios de negocio para traducir esta tecnología en dispositivos que se pueden comprar y utilizar a diario. Aunque nuestro prototipo de investigación es funcional, necesita mucho trabajo de ingeniería para convertirlo en un producto robusto en la vida cotidiana”.

Salir fuera del laboratorio

noticias relacionadas

En uno artículo paralelotambién publicado en La naturalezael inspector carlos rodriguez de la Universidad KU Leuven (Bélgica) valora este trabajo: «Los avances que se presentan son significativos ya que proponen un método relativamente simple que permite adaptar el comportamiento del exoesqueleto al usuario, obteniendo información de su uso en el día a día, en lugar de estar confinado a métodos complicados en laboratorios altamente especializados”.

“La naturaleza de este método –concluye–, permitió que el dispositivo se adaptara de una manera más natural y rápida a las diferencias del mercado presente en cada uno de nosotros. Esta disminución en la complejidad viene acompañada de la promesa de acercar esta tecnología cada vez más a los usuarios finales y un poco más a un futuro en donde los dispositivos biónicos están disponibles para mejorar nuestra calidad de vida”.

Por admin