Correr es un gran ejercicio, pero no todo el mundo se siente bien haciéndolo. Con la esperanza de impulsar la actividad física y posiblemente crear un nuevo modo de transporte, los ingenieros de la Universidad de Stanford están estudiando dispositivos que las personas podrían sujetar a sus piernas para facilitar la carrera.

En experimentos con sistemas motorizados que imitan tales dispositivos, llamados emuladores de exoesqueleto, los investigadores investigaron dos modos diferentes de asistencia para correr:asistencia motorizada y asistencia basada en resortes. Los resultados, publicado el 25 de marzo en Ciencia Robótica , fueron sorprendentes.

El mero hecho de usar una plataforma de exoesqueleto que estaba apagada aumentó el costo de energía de correr, lo que lo hace un 13 por ciento más difícil que correr sin el exoesqueleto. Sin embargo, los experimentos indicaron que, si está debidamente accionado por un motor, el exoesqueleto redujo el costo de energía de correr, lo que lo hace un 15 por ciento más fácil que correr sin el exoesqueleto y un 25 por ciento más fácil que correr con el exoesqueleto apagado.

A diferencia de, el estudio sugirió que si el exoesqueleto funcionaba para imitar un resorte, todavía había un aumento en la demanda de energía, lo que lo hace un 11 por ciento más difícil que correr sin exoesqueleto y solo un 2 por ciento más fácil que el exoesqueleto sin motor.

"Cuando la gente corre, sus piernas se comportan mucho como un resorte, así que nos sorprendió mucho que la asistencia tipo resorte no fuera eficaz, "dijo Steve Collins, profesor asociado de ingeniería mecánica en Stanford y autor principal del artículo. "Todos tenemos una intuición sobre cómo corremos o caminamos, pero incluso los principales científicos aún están descubriendo cómo el cuerpo humano nos permite movernos de manera eficiente. Por eso experimentos como estos son tan importantes".

Si los diseños futuros pudieran reducir el costo energético de usar el exoesqueleto, los corredores pueden obtener un pequeño beneficio de la asistencia similar a un resorte en el tobillo, que se espera que sea más barato que las alternativas motorizadas.

Impulsando tu paso

El marco del emulador de exoesqueleto de tobillo se ajusta alrededor de la espinilla del usuario. Se fija al zapato con una cuerda enrollada debajo del talón y una barra de fibra de carbono insertada en la suela, cerca del dedo del pie. Los motores situados detrás de la cinta de correr (pero no en el exoesqueleto en sí) producen los dos modos de asistencia, aunque un exoesqueleto basado en resortes no usaría motores en el producto final.

Como su nombre indica, el modo de resorte imita la influencia de un resorte que corre paralelo a la pantorrilla, almacenar energía durante el comienzo del paso y descargar esa energía cuando los dedos de los pies empujan. En modo alimentado, los motores tiran de un cable que atraviesa la parte posterior del exoesqueleto desde el talón hasta la pantorrilla. Con una acción similar a la de un cable de freno de bicicleta, tira hacia arriba durante el despegue para ayudar a extender el tobillo al final de un paso de carrera.

"La asistencia motorizada eliminó gran parte de la carga de energía de los músculos de la pantorrilla. Era muy elástica y rebotaba en comparación con la carrera normal, "dijo Delaney Miller, un estudiante de posgrado en Stanford que está trabajando en estos exoesqueletos y también ayudando a probar los dispositivos. "Hablando por experiencia, eso se siente realmente bien. Cuando el dispositivo proporciona esa asistencia, sientes que podrías correr para siempre ".

Once corredores experimentados probaron los dos tipos de asistencia mientras corrían en una cinta. También completaron pruebas en las que usaron el hardware sin ninguno de los mecanismos de asistencia activados.

Cada corredor tenía que acostumbrarse al emulador de exoesqueleto antes de la prueba, y su funcionamiento se personalizó para adaptarse a sus fases y ciclo de marcha. Durante las pruebas reales, los investigadores midieron la producción energética de los corredores a través de una máscara que registraba la cantidad de oxígeno que inhalaban y la cantidad de dióxido de carbono que exhalaban. Las pruebas para cada tipo de asistencia duraron seis minutos y los investigadores basaron sus hallazgos en los últimos tres minutos de cada ejercicio.

Los ahorros de energía que observaron los investigadores indican que un corredor que usa el exoesqueleto motorizado podría aumentar su velocidad hasta en un 10 por ciento. Esa cifra podría ser incluso mayor si los corredores tienen tiempo adicional para entrenar y optimizar. Dadas las considerables ganancias involucradas, los investigadores creen que debería ser posible convertir el esqueleto motorizado en un dispositivo eficaz sin ataduras.

El futuro

Brindando apoyo físico, confianza y posiblemente mayor velocidad, los investigadores creen que este tipo de tecnología podría ayudar a las personas de diversas formas.

"Casi se puede pensar en ello como un medio de transporte, "dijo Guan Rong Tan, un estudiante de posgrado en ingeniería mecánica que, como Miller, continúa esta investigación. "Podrías bajarte de un autobús, abofetear un exoesqueleto, y cubrir los últimos dos kilómetros para trabajar en cinco minutos sin sudar ".

"Estas son las mayores mejoras en la economía de energía que hemos visto con cualquier dispositivo utilizado para ayudar a correr, "dijo Collins." Entonces, probablemente no podrás usar esto durante un tiempo de calificación en una carrera, pero puede permitirle mantenerse al día con sus amigos que corren un poco más rápido que usted. Por ejemplo, mi hermano menor corrió el maratón de Boston y me encantaría poder seguirle el ritmo ".