Els exoesquelets que ajuden a moure les cames, augmentant la velocitat de la marxa i reduint l’energia necessària, poden ser útils per a persones amb problemes de mobilitat, entre d’altres aplicacions. Els beneficis dels dispositius s’han demostrat sobretot dins dels laboratoris amb cintes de córrer, però no en condicions reals, on la velocitat i la durada de la caminada són variables.
Ara, bioenginyers de la Universitat de Stanford a Califòrnia han fabricat una bota exoesquelètica que s’adapta a cada usuari perquè aquest pugui caminar més ràpidament i eficaç al carrer, en condicions reals. Els resultats del seu estudi, que publiquen a la revista Nature, mostren un nou enfocament en el disseny de sistemes robòtics vestibles i el seu potencial perquè en el futur es puguin usar a la vida quotidiana.
El dispositiu pesa 1,2 kg per turmell i compta, entre altres components, amb sensors portàtils de baix cost, sistemes de transmissió de forces i informació, i bateries que es col·loquen a la cintura dels usuaris, a més d’un nou model de gestió de dades amb intel·ligència artificial.
«Un dels avenços del nostre treball va ser el desenvolupament d’un model d’aprenentatge automàtic que utilitza les dades dels sensors portàtils de l’exosquelet (angle del turmell, la velocitat i l’esforç de torsió aplicat) per determinar quin era el millor patró d’assistència en utilitzar el nostre dispositiu», explica l’autor principal, Patrick Slade.
El model compara canvis de moviment entre diferents condicions d’assistència per veure quines són les millors, en prova altres de similars i repeteix el procés diverses vegades fins trobar la la que s’adapta millor a les característiques de la marxa de cada usuari. «Aquest enfocament convergeix lentament en allò que el dispositiu considera que és el millor patró d’assistència per a cada persona», afirma l’enginyer.
Els resultats d’aquest nou mètode no només igualen en eficàcia el dels sistemes tradicionals emprats als laboratoris per optimitzar els exoesquelets, sinó que ho fa quatre vegades més ràpid. A més, diversos voluntaris –alguns equipats amb «respiròmetres» per mesurar també el seu intercanvi d’oxigen i CO2 en cada respiració– el van provar amb èxit al campus de la universitat.
Amb l’assistència de l’exosquelet optimitzada per al món real, el cost energètic de la caminada es va reduir en un 17% i la velocitat de marxa va augmentar en un 9% en comparació de portar només el calçat normal. Aquest estalvi energètic és equivalent a treure’s de sobre una motxilla de 9,2 kg.
«Fins ara, cap exoesquelet ha demostrat beneficis al món real quant a la reducció de l’energia necessària per caminar o l’augment de la velocitat de la marxa», destaca Slade, «i això és perquè és increïblement difícil ajudar els humans a caminar degut al nostre disseny muscular, tendinós i esquelètic altament evolucionat i especialitzat, que fa que el moviment sigui molt eficient».
Ajuda a persones grans
De moment, aquest prototip s’ha avaluat amb persones joves i sanes per temes de seguretat, però els autors confien que versions millorades puguin ser útils per a altres amb dificultats per caminar, d’edats avançades o en feines físicament exigents, encara que es requeriran més estudis.
«Els dispositius d’assistència com aquest podrien proporcionar una independència més gran a les persones amb problemes de mobilitat, com els ancians o amb malalties musculars, i ja hem començat a estudiar-lo», comenta Slade, «i també podem utilitzar les mateixes idees per millorar la col·laboració entre humans i robots en una àmplia gamma de tasques utilitzant models que optimitzin les respostes robòtiques als moviments humans».
«Els principals reptes als quals ens enfrontem ara són fer experiments amb poblacions clíniques específiques per determinar quina serà l’assistència més eficaç per a elles –afegeix–. Després, haurem de treballar amb socis comercials per traduir aquesta tecnologia en dispositius que es puguin comprar i utilitzar cada dia. Tot i que el nostre prototip de recerca és funcional, necessita molta feina d’enginyeria per convertir-se en un producte robust a la vida quotidiana».
L’investigador Carlos Rodríguez de la Universitat KU Leuven (Bèlgica) valora aquest treball: «Els avenços que es presenten són significatius ja que es proposa un mètode simple que permet adaptar el comportament de l’exoesquelet a l’usuari».
