En el futuro, Los soldados podrían usar exotrajes robóticos suaves a base de textiles inteligentes, bomberos y trabajadores de rescate para ayudarlos a atravesar terrenos difíciles y llegar frescos a sus destinos para que puedan realizar sus respectivas tareas de manera más efectiva. También podrían convertirse en un poderoso medio para mejorar la movilidad y la calidad de vida de las personas que padecen trastornos neurodegenerativos y de los ancianos.

El equipo de Conor Walsh en el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) ha estado a la vanguardia del desarrollo de diferentes dispositivos robóticos portátiles blandos que apoyan la movilidad mediante la aplicación de fuerzas mecánicas a articulaciones críticas del cuerpo, incluso en las articulaciones del tobillo o la cadera, o en el caso de un exotraje blando multiarticulado ambos. Debido a su potencial para aliviar soldaduras sobrecargadas en el campo, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) financió los esfuerzos del equipo como parte de su antiguo programa Warrior Web.

Si bien los investigadores han demostrado que las versiones de laboratorio de exotrajes suaves pueden proporcionar claros beneficios a los usuarios, permitiéndoles gastar menos energía mientras caminan y corren, Sigue existiendo la necesidad de exotrajes completamente portátiles que sean adecuados para su uso en el mundo real.

Ahora, en un estudio informado en las actas de la Conferencia Internacional IEEE de Robótica y Automatización (ICRA) de 2018, el equipo presentó su última generación de un exotraje móvil de múltiples articulaciones, que ha sido mejorado en todos los frentes y probado en el campo a través de largas marchas sobre terrenos irregulares. Usando el mismo exotraje en un segundo estudio publicado en el Revista de Neuroingeniería y Rehabilitación ( JNER ), los investigadores desarrollaron un método de ajuste automático para personalizar su asistencia en función de cómo responde el cuerpo de un individuo, y demostró ahorros de energía significativos.

El exotraje suave de múltiples articulaciones consta de componentes textiles que se llevan en la cintura, muslos, y terneros. A través de un sistema de actuación móvil optimizado que se lleva cerca de la cintura e integrado en una mochila militar, Las fuerzas mecánicas se transmiten a través de cables que se guían a través de los componentes blandos del exotraje hasta las articulaciones del tobillo y la cadera. De esta manera, el exotraje agrega potencia a los tobillos y las caderas para ayudar con los movimientos de las piernas durante el ciclo de caminata.

"Hemos actualizado todos los componentes en esta nueva versión del exotraje blando de múltiples articulaciones:la ropa es más fácil de usar, fácil de poner y adaptable a diferentes formas corporales; la actuación es más robusta, encendedor, más silencioso y más pequeño; y el sistema de control nos permite aplicar fuerzas en caderas y tobillos de manera más robusta y consistente, "dijo David Perry, coautor del estudio ICRA e ingeniero de planta en el equipo de Walsh. Como parte del programa DARPA, el exotraje fue probado en campo en Aberdeen, MARYLAND, en colaboración con los Laboratorios de Investigación del Ejército, donde los soldados caminaron a través de un curso de campo a través de 12 millas.

"Demostramos previamente que es posible utilizar métodos de optimización en línea que, al cuantificar el ahorro de energía en el laboratorio, individualizan automáticamente los parámetros de control en diferentes usuarios. Sin embargo, necesitábamos un medio para ajustar los parámetros de control de manera rápida y eficiente a los diferentes modos de andar de los soldados en el Ejército fuera de un laboratorio, "dijo Walsh, Doctor., Miembro de la facultad principal del Instituto Wyss, el Profesor Asociado John L. Loeb de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en SEAS y Fundador, del Harvard Biodesign Lab.

En el estudio JNER, el equipo presentó un nuevo método de ajuste adecuado que utiliza sensores de exotraje para optimizar la potencia positiva entregada en las articulaciones del tobillo. Cuando un usuario comienza a caminar, el sistema mide la potencia y ajusta gradualmente los parámetros del controlador hasta encontrar aquellos que maximizan los efectos del exotraje según la mecánica de la marcha individual del usuario. El método se puede utilizar como una medida indirecta para medidas de energía elaboradas.

"Evaluamos los parámetros metabólicos en los siete participantes del estudio que usaban exotrajes que se sometieron al proceso de ajuste y descubrimos que el método redujo el costo metabólico de caminar en aproximadamente un 14,8% en comparación con caminar sin el dispositivo y en aproximadamente un 22% en comparación con caminar con el dispositivo. sin poder "dijo Sangjun Lee, el primer autor de ambos estudios y un estudiante de posgrado con Walsh en SEAS.

"Estos estudios representan la emocionante culminación de nuestros esfuerzos financiados por DARPA. Ahora continuamos optimizando la tecnología para usos específicos en el Ejército donde los movimientos dinámicos son importantes; y la estamos explorando para ayudar a los trabajadores en las fábricas que realizan tareas físicas extenuantes, "dijo Walsh." Además, el campo ha reconocido que todavía hay mucho por entender sobre la ciencia básica de la coadaptación de humanos y robots portátiles. Las futuras estrategias de optimización conjunta y los nuevos enfoques de entrenamiento podrían ayudar a mejorar aún más los efectos de individualización y permitir a los usuarios que inicialmente responden mal a los exotrajes para adaptarse a ellos y beneficiarse de su asistencia ".

"Esta investigación marca un punto importante en la Iniciativa de Robótica Suave Bioinspired del Instituto Wyss y su desarrollo de exotrajes blandos, ya que abre un camino en el que los dispositivos robóticos podrían ser adoptados y personalizados en escenarios del mundo real por usuarios sanos y discapacitados, "dijo el director fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MARYLAND., Doctor., quien también es el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en HMS y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital, y Catedrático de Bioingeniería en SEAS.