¿Necesitas un momento de ligereza? Intente ver videos de astronautas cayendo a la luna. Las tomas descartadas de la NASA de los astronautas del Apolo tropezando y tropezando mientras rebotan en cámara lenta son deliciosamente identificables.
Para los ingenieros del MIT, los errores lunares también representan una oportunidad para innovar.
"Los astronautas son físicamente muy capaces, pero pueden tener dificultades en la Luna, donde la gravedad es una sexta parte de la de la Tierra pero su inercia sigue siendo la misma. Además, llevar un traje espacial es una carga importante y puede restringir sus movimientos", dice Harry. Asada, profesor de ingeniería mecánica en el MIT. "Queremos proporcionar una manera segura para que los astronautas se recuperen si se caen."
Asada y sus colegas están diseñando un par de extremidades robóticas portátiles que pueden sostener físicamente a un astronauta y levantarlo después de una caída. El sistema, que los investigadores han denominado Supernumerary Robotic Limbs o "SuperLimbs", está diseñado para extenderse desde una mochila, que también llevaría el sistema de soporte vital del astronauta, junto con el controlador y los motores para alimentar las extremidades.
Los investigadores han construido un prototipo físico, así como un sistema de control para dirigir las extremidades, basándose en la retroalimentación del astronauta que lo utiliza. El equipo probó una versión preliminar en sujetos sanos que también se ofrecieron como voluntarios para usar una prenda ajustada similar al traje espacial de un astronauta. Cuando los voluntarios intentaron levantarse de una posición sentada o acostada, lo hicieron con menos esfuerzo cuando fueron asistidos por SuperLimbs, en comparación con cuando tuvieron que recuperarse solos.
El equipo del MIT prevé que SuperLimbs pueda ayudar físicamente a los astronautas después de una caída y, en el proceso, ayudarlos a conservar su energía para otras tareas esenciales. El diseño podría resultar especialmente útil en los próximos años, con el lanzamiento de la misión Artemis de la NASA, que planea enviar astronautas de regreso a la Luna por primera vez en más de 50 años.
A diferencia de la misión principalmente exploratoria de Apolo, los astronautas de Artemis se esforzarán por construir la primera base lunar permanente, una tarea físicamente exigente que requerirá múltiples actividades extravehiculares prolongadas (EVA).
"Durante la era Apolo, cuando los astronautas caían, el 80% de las veces era mientras hacían excavaciones o algún tipo de trabajo con una herramienta", dice Erik Ballesteros, miembro del equipo y estudiante de doctorado del MIT. "Las misiones Artemis realmente se centrarán en la construcción y excavación, por lo que el riesgo de caída es mucho mayor. Creemos que SuperLimbs puede ayudarles a recuperarse para que puedan ser más productivos y extender sus EVA".
Asada, Ballesteros y sus colegas presentarán su diseño y estudio esta semana en la Conferencia Internacional IEEE sobre Robótica y Automatización (ICRA). Sus coautores incluyen al postdoctorado del MIT Sang-Yoep Lee y Kalind Carpenter del Jet Propulsion Laboratory.
Tomar una postura
El diseño del equipo es la última aplicación de SuperLimbs, que Asada desarrolló por primera vez hace aproximadamente una década y desde entonces se ha adaptado para una variedad de aplicaciones, incluida la asistencia a los trabajadores en la fabricación de aviones, la construcción y la construcción naval.
Más recientemente, Asada y Ballesteros se preguntaron si SuperLimbs podría ayudar a los astronautas, particularmente porque la NASA planea enviar astronautas de regreso a la superficie de la luna.
"En comunicación con la NASA, aprendimos que el problema de caer sobre la Luna representa un riesgo grave", dice Asada. "Nos dimos cuenta de que podíamos hacer algunas modificaciones a nuestro diseño para ayudar a los astronautas a recuperarse de caídas y continuar con su trabajo."
Primero, el equipo dio un paso atrás para estudiar las formas en que los humanos se recuperan naturalmente de una caída. En su nuevo estudio, pidieron a varios voluntarios sanos que intentaran ponerse de pie después de acostarse de lado, de frente y de espaldas.
Luego, los investigadores observaron cómo los intentos de los voluntarios de ponerse de pie cambiaban cuando sus movimientos estaban restringidos, de manera similar a la forma en que los movimientos de los astronautas están limitados por la mayor parte de sus trajes espaciales. El equipo construyó un traje para imitar la rigidez de los trajes espaciales tradicionales e hizo que voluntarios se pusieran el traje antes de volver a intentar levantarse desde varias posiciones caídas. La secuencia de movimientos de los voluntarios fue similar, aunque requirió mucho más esfuerzo en comparación con sus intentos sin obstáculos.
El equipo mapeó los movimientos de cada voluntario mientras se ponía de pie y descubrió que cada uno llevaba a cabo una secuencia común de movimientos, pasando de una postura o "punto de referencia" al siguiente, en un orden predecible.
"Esos experimentos ergonómicos nos ayudaron a modelar de forma sencilla cómo se mantiene un ser humano", dice Ballesteros. "Podríamos postular que alrededor del 80 por ciento de los humanos se levantan de manera similar. Luego diseñamos un controlador alrededor de esa trayectoria".
Mano amiga
El equipo desarrolló un software para generar una trayectoria para un robot, siguiendo una secuencia que ayudaría a sostener a un humano y levantarlo. Aplicaron el controlador a un brazo robótico fijo y pesado, que sujetaron a una mochila grande. Luego, los investigadores sujetaron la mochila al voluminoso traje y ayudaron a los voluntarios a volver a ponerse el traje. Pidieron a los voluntarios que volvieran a acostarse boca arriba, de frente o de costado, y luego les pidieron que intentaran ponerse de pie mientras el robot detectaba los movimientos de la persona y se adaptaba para ayudarlos a ponerse de pie.
En general, los voluntarios pudieron mantenerse de pie de manera estable con mucho menos esfuerzo cuando fueron asistidos por el robot, en comparación con cuando intentaron mantenerse de pie solos mientras usaban el voluminoso traje.
"Se siente como si una fuerza extra se moviera contigo", dice Ballesteros, quien también probó el traje y la asistencia para el brazo. "Imagínate llevar una mochila y alguien te agarra por la parte superior y te levanta. Con el tiempo, se vuelve algo natural".
Los experimentos confirmaron que el sistema de control puede dirigir con éxito un robot para ayudar a una persona a levantarse después de una caída. Los investigadores planean emparejar el sistema de control con su última versión de SuperLimbs, que consta de dos brazos robóticos multiarticulados que pueden extenderse desde una mochila. La mochila también contendría la batería y los motores del robot, junto con un sistema de ventilación de astronauta.
"Diseñamos estos brazos robóticos basándonos en una búsqueda de IA y optimización del diseño, para buscar diseños de robots manipuladores clásicos con ciertas limitaciones de ingeniería", dice Ballesteros. "Filtramos muchos diseños y buscamos el diseño que consume la menor cantidad de energía para levantar a una persona. Esta versión de SuperLimbs es el producto de ese proceso".
Durante el verano, Ballesteros construirá el sistema SuperLimbs completo en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, donde planea optimizar el diseño y minimizar el peso de sus piezas y motores utilizando materiales livianos y avanzados. Luego, espera combinar las extremidades con trajes de astronauta y probarlas en simuladores de baja gravedad, con el objetivo de algún día ayudar a los astronautas en futuras misiones a la Luna y Marte.
"Usar un traje espacial puede ser una carga física", señala Asada. "Los sistemas robóticos pueden ayudar a aliviar esa carga y ayudar a los astronautas a ser más productivos durante sus misiones".
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.
