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Exosuit utiliza ultrasonido para ‘perfilar’ los músculos de los usuarios para ayudar a caminar en terrenos cambiantes

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Investigadores de Harvard han desarrollado un exotraje robótico que se calibra para un individuo en cuestión de segundos y puede adaptarse a diversas actividades de caminata.

Investigadores de la Universidad de Harvard han desarrollado un exotraje robótico que se calibra rápidamente para un usuario individual en cuestión de segundos.

El sistema usa ultrasonido para medir la dinámica muscular de un usuario y luego desarrolla un perfil específico de la actividad, ya sea que paseen por el parque, se detengan en un cruce de peatones o corran cuesta arriba.

En comparación con no usar el dispositivo, el ‘exotraje de tobillo de asistencia muscular (MBA)’ redujo la demanda metabólica en casi una sexta parte.

Los ingenieros han trabajado durante mucho tiempo en exotrajes que ayudan a las personas con discapacidades a caminar, pero el obstáculo siempre ha sido desarrollar un marco que pueda adaptarse a la forma en que los humanos cambian de ritmo y encuentran nuevos terrenos.

« Este enfoque puede ayudar a respaldar la adopción de la robótica portátil en situaciones dinámicas del mundo real al permitir una asistencia cómoda, personalizada y adaptativa », dijo el director fundador del Harvard Biodesign Lab, Conor J. Walsh, quien ayudó a desarrollar el exotraje, dijo en un comunicado.

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Investigadores de Harvard han desarrollado un exotraje robótico que se calibra para un individuo en cuestión de segundos y puede adaptarse a diversas actividades de caminata.

La forma en que las personas caminan está influenciada por una multitud de factores, incluida la altura, el sexo, la edad y la fuerza muscular, y puede verse influida por discapacidades como la enfermedad de Parkinson o un accidente cerebrovascular.

Ese es un gran desafío para la robótica portátil para aumentar la caminata en el mundo real, en lugar de solo una cinta de correr de laboratorio, dicen los científicos.

«Hasta la fecha, la personalización de la asistencia robótica portátil para la marcha de un individuo requiere horas de ajuste manual o automático», según el comunicado. ‘[It’s] una tarea tediosa para las personas sanas y, a menudo, imposible para los adultos mayores o los pacientes clínicos ».

En asociación con el Harvard Biodesign Lab y el Harvard Biorobotics Laboratory de Howe, que tiene experiencia con imágenes de ultrasonido, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard miraron ‘debajo de la piel’, dijo el autor principal Richard Nuckols en el comunicado. .

En comparación con la marcha normal sobre una superficie plana, el 'exotraje de tobillo de asistencia muscular (MBA)' redujo la demanda metabólica en casi una sexta parte (15,7 por ciento)

En comparación con la marcha normal sobre una superficie plana, el ‘exotraje de tobillo de asistencia muscular (MBA)’ redujo la demanda metabólica en casi una sexta parte (15,7 por ciento)

«Nuestros músculos y tendones se adaptan», dijo Nuckols, «lo que significa que no hay necesariamente un mapeo directo entre el movimiento de las extremidades y el de los músculos subyacentes que impulsan su movimiento».

El exotraje se ajusta alrededor de las pantorrillas de un usuario, con cables que conducen a una batería que se usa alrededor de los desechos.

Un sistema de ultrasonido en miniatura toma imágenes de los músculos de la pantorrilla del usuario y estima cuánta fuerza adicional se necesita para contrarrestar la demanda de cualquier número de tareas de caminata.

El equipo de investigación ató un sistema de ultrasonido portátil a las pantorrillas de los participantes y tomó imágenes de sus músculos mientras realizaban una serie de tareas para caminar.

El equipo de investigación ató un sistema de ultrasonido portátil a las pantorrillas de los participantes y tomó imágenes de sus músculos mientras realizaban una serie de tareas para caminar.

El sistema solo necesita unos segundos de caminata, incluso una zancada, en algunos casos, para perfilar al usuario y su situación.

Cuando se probó en situaciones del mundo real, el exotraje pudo adaptarse rápidamente a los cambios en la velocidad y la inclinación al caminar, dijeron los investigadores.

Su asistencia basada en los músculos redujo la demanda metabólica del usuario en un promedio de 15.9 por ciento para caminar sobre una superficie nivelada a un ritmo de aproximadamente tres mph y 8.9 por ciento cuando se mueve a aproximadamente cuatro mph.

`` Nuestros músculos y tendones se adaptan, lo que significa que no hay necesariamente un mapeo directo entre el movimiento de las extremidades y el de los músculos subyacentes que impulsan su movimiento '', dijo el experto en robótica Richard Nuckols.

« Nuestros músculos y tendones se adaptan, lo que significa que no hay necesariamente un mapeo directo entre el movimiento de las extremidades y el de los músculos subyacentes que impulsan su movimiento », dijo el experto en robótica Richard Nuckols.

Un participante prueba la generación de asistencia basada en músculos (MBA) con un exotraje móvil para el tobillo

Un participante prueba la generación de asistencia basada en músculos (MBA) con un exotraje móvil para el tobillo

Para alguien que va a tres millas por hora en una pendiente de 5,71 grados, todavía proporciona una reducción del 7,8 por ciento en la demanda metabólica, que se mide analizando el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono.

«Al medir el músculo directamente, podemos trabajar de manera más intuitiva con la persona que usa el exotraje», dijo el coautor Sangjun Lee, un estudiante graduado de SEAS.

«El exotraje no está abrumando al usuario, está trabajando en cooperación con ellos».

El dispositivo redujo la demanda metabólica en un promedio de 15.9 por ciento en una superficie nivelada a un ritmo de aproximadamente tres mph y 8.9 por ciento a aproximadamente cuatro mph.  Para alguien que va a tres millas por hora en una pendiente de 5.71 grados, todavía proporcionó una reducción del 7.8 por ciento

El dispositivo redujo la demanda metabólica en un promedio de 15.9 por ciento en una superficie nivelada a un ritmo de aproximadamente tres mph y 8.9 por ciento a aproximadamente cuatro mph. Para alguien que va a tres millas por hora en una pendiente de 5.71 grados, todavía proporcionó una reducción del 7.8 por ciento

Los investigadores esperan mejorar la calibración del sistema para permitir ajustes en tiempo real aún más rápidos.

¿Qué es un exoesqueleto?

Los exoesqueletos son dispositivos portátiles que funcionan en conjunto con el usuario.

Los exoesqueletos se colocan en el cuerpo del usuario y actúan como amplificadores que aumentan, refuerzan o restauran el rendimiento humano.

Lo contrario sería una prótesis mecánica, como un brazo o pierna robótica que reemplaza la parte del cuerpo original.

Los exoesqueletos pueden estar hechos de materiales rígidos como metal o fibra de carbono, o pueden estar hechos completamente de partes blandas y elásticas.

Los exoesqueletos se pueden alimentar y equipar con sensores y actuadores, o pueden ser completamente pasivos.

Los exoesqueletos pueden ser móviles o fijos / suspendidos y pueden cubrir todo el cuerpo, solo las extremidades superiores o inferiores, o incluso un segmento específico del cuerpo como el tobillo o la cadera.

« En el campo de la robótica portátil, existe una clara necesidad de personalizar la asistencia al usuario y la tarea », escribieron en un artículo publicado en la revista. Ciencia Robótica.

«Desarrollamos una estrategia de asistencia basada en los músculos (MBA) en la que la asistencia del exosuit se derivó de mediciones directas de la dinámica muscular de los individuos durante tareas específicas».

Si se perfecciona, el marco podría ser usado por soldados, bomberos o trabajadores de rescate para aligerar su carga.

También podría mejorar la movilidad y la calidad de vida de las personas mayores y discapacitadas.

En 2017, un equipo diferente publicó otro Papel de ciencia robótica en un exotraje suave atado que puede reducir el costo metabólico de correr en una cinta de correr en más de un 5 por ciento.

Utilizando cables delgados y flexibles, los «pantalones cortos para correr» de alta tecnología están diseñados para aplicar fuerza a la articulación de la cadera, que en última instancia ayuda a los músculos durante cada paso.

« El Homo sapiens ha evolucionado para volverse muy bueno en las carreras de distancia », dijo el coautor Philippe Malcolm, experto en biomecánica de la Universidad de Nebraska, dijo en un comunicado. «Pero nuestros resultados muestran que son posibles más mejoras en este sistema que ya es extremadamente eficiente».

Los pantalones cortos incorporan cables flexibles anclados a la parte posterior del muslo y al cinturón, que luego se unen a una unidad de actuación externa.

Mientras el usuario corre, la unidad de actuación tira de los cables, que actúan como un segundo par de extensores de cadera que aplican fuerza a las piernas con cada paso.

El Guardian XO (en la foto de arriba) es un exoesqueleto desarrollado conjuntamente por la robótica Delta y Sarcos que hace que levantar neumáticos de aviones y otros objetos pesados ​​parezca pan comido.

El Guardian XO (en la foto de arriba) es un exoesqueleto desarrollado conjuntamente por la robótica Delta y Sarcos que hace que levantar neumáticos de aviones y otros objetos pesados ​​parezca pan comido.

Si bien muchos exotrajes están destinados a ayudar a caminar normalmente, otros están diseñados para brindar a las personas habilidades sobrehumanas.

En enero de 2020, Delta Airlines presentó el Guardian XO, un exoesqueleto de cuerpo completo relativamente pequeño que permite a una persona levantar fácilmente un neumático de avión de 130 libras.

Al demostrar el traje en el Consumer Electronic Showcase (CES) en Las Vegas, Delta y su socio, Sarcos Robotics, dijeron que The Guardian puede hacer que levantar 200 libras se sienta como apenas 20 libras.

El traje podría tener numerosos usos industriales, desde ayudar en la construcción hasta mover rápidamente el equipaje dentro y fuera de un avión.

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