Los exoesqueletos son dispositivos que se usan para protección o soporte, como una armadura o un casco. Esos y otros dispositivos pasivos han existido durante milenios, pero los investigadores de hoy están desarrollando sistemas de exoesqueleto motorizados que, en el futuro, podría llevar a los humanos a nuevos niveles de fuerza y ​​resistencia.

Al proporcionar energía adicional, podrían mejorar la resistencia de los soldados en el campo de batalla o ayudar a los trabajadores a realizar tareas de manera más fácil y segura. También podrían ayudar a las personas lesionadas y discapacitadas a recuperar su independencia.

Pero para hacer que los exoesqueletos de próxima generación funcionen, tendremos que repensar nuestras ideas sobre cómo los sistemas portátiles interactúan con los humanos que los usan. La profesora asociada Leia Stirling está haciendo precisamente eso en el Departamento de Ingeniería y Operaciones Industriales de la U-M. Anteriormente en el departamento de aeronáutica del MIT, El trabajo de factores humanos de Stirling en la U-M está arrojando nueva luz sobre cómo los exoesqueletos potenciados cambian la forma en que sus usuarios piensan y se mueven. El último artículo de Stirling se titula "Estático, Dinámica, y Cognitive Fit of Exosystems for the Human Operator. "Nos sentamos con ella recientemente para aprender más sobre su trabajo.

Todos hemos visto muchos exoesqueletos en películas como Iron Man y RoboCop. ¿Son esos los tipos de sistemas en los que está trabajando?

No exactamente, creo que los exoesqueletos de cuerpo completo están todavía muy lejos. Mientras tanto, aunque, hay aplicaciones de exoesqueleto de potencia más limitada que pueden ayudar a las personas con movimientos específicos, como agregar apoyo y fuerza a un tobillo o una rodilla. Esos son los frutos maduros, y estamos empezando a ver estos sistemas comercialmente. Pero hay mucho trabajo por hacer antes de que sean prácticos para un uso generalizado.

¿Por qué incluso los exoesqueletos de una sola articulación son mucho más complejos que los sistemas pasivos?

Cuando agregamos poder incluso a un simple exoesqueleto, tenemos que empezar a pensar en ello menos como una prenda de vestir y más como un vehículo muy pequeño. Cuando me pongo un exoesqueleto Estoy dentro y me está moviendo activamente. Por lo tanto, debemos pensar en ello desde una perspectiva humana:¿cómo puede el usuario conducir ese vehículo de la manera más eficiente y segura?

Eso es una desviación del pasado donde los investigadores de exoesqueletos se centraron principalmente en la mecánica de los dispositivos. Y significa que los investigadores de factores humanos como yo tenemos que trabajar con ingenieros mecánicos para llevar estas máquinas al siguiente nivel.

¿Cómo sabe que los sistemas eléctricos afectan al usuario de manera diferente que los aparatos ortopédicos y otros dispositivos que hemos tenido durante años?

Todos los sistemas pueden afectar la forma en que nos movemos y los sistemas alimentados no son una excepción. Por ejemplo, no hace mucho, Hicimos un estudio en el que los participantes usaban un exoesqueleto motorizado simple, uno que proporcionaba fuerza adicional para el tobillo cuando empujaban el pie del suelo mientras caminaban. Lo encendimos y descubrimos que diferentes participantes utilizaron ese impulso de manera muy diferente a medida que se adaptaron al sistema. Algunos dieron pasos más largos algunos dieron pasos más cortos, algunos permanecieron igual. Algunos volvieron a sus patrones de marcha normales después de que apagamos la energía, algunos no lo hicieron.

El estudio mostró que incluso un pequeño cambio altera el circuito de retroalimentación que nos permite navegar por nuestro entorno. Estos cambios pueden ocurrir tanto de forma consciente como inconsciente. Necesitamos entender cómo estos sistemas energizados afectan nuestra percepción, cognición, y el proceso motor y cómo podemos diseñar los exoesqueletos para adaptarse adecuadamente a los usuarios individuales.

¿Cómo se mide si un exoesqueleto motorizado "se ajusta" a su portador?

De hecho, hemos repensado la idea de "encajar" en un artículo reciente que publicamos. Lo hemos dividido en tres aspectos separados.

El primero es el "ajuste estático":esto es a lo que estamos acostumbrados, como en qué tan bien se adapta este dispositivo al tamaño y la forma de mi cuerpo cuando no me muevo.

La segunda dimensión es "ajuste dinámico, "es decir, qué tan bien se mueve el dispositivo conmigo. ¿Está restringiendo mi movimiento, y ¿se ajusta correctamente durante todo el rango de movimiento que tendré que realizar para una serie de tareas?

La tercera dimensión y al que menos estamos acostumbrados, es "ajuste cognitivo". Esta dimensión mide cómo un dispositivo que estoy usando cambia mi forma de pensar sobre el movimiento, tanto consciente como inconscientemente. ¿Cómo interpreto los comentarios que recibo del dispositivo? ¿Y cómo pueden los fabricantes de un dispositivo adaptar su retroalimentación a los procesos cognitivos de diferentes usuarios?

Los dispositivos de exoesqueleto motorizados proporcionan inherentemente retroalimentación táctil debido a la forma en que aplican fuerzas al cuerpo durante el movimiento. Pero también estamos analizando cómo podemos diseñar comentarios explícitos para ayudar a los usuarios a generar confianza en los dispositivos y hacerlos más fáciles de usar de manera eficiente.

Si ahora tenemos que considerar estos nuevos factores, ¿Significa eso que estamos perdiendo terreno en el camino hacia nuevos tipos de sistemas de exoesqueleto?

De lo contrario, identificar estas dimensiones adicionales es parte del proceso de construcción de nuevos tipos de máquinas. Los exoesqueletos son realmente sistemas interdisciplinarios, por lo que diseñarlos requiere un conjunto único de habilidades. Esta investigación proporciona un marco para que eso suceda.

De hecho, Una de las razones por las que vine a Michigan fue que había gente que pensaba en los exoesqueletos desde todas estas perspectivas diferentes. Estoy muy emocionado de estar en un lugar donde hay todas estas personas que lo miran desde diferentes ángulos y que pueden trabajar juntas.