Investigadores Desarrollan un Nuevo Enfoque para la Asistencia de Exoesqueleto Robótico

Los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard John A. Paulson han desarrollado un nuevo enfoque para la asistencia de exoesqueleto robótico. Ayuda a superar un desafío importante en el diseño de robots portátiles que se pueden utilizar para ayudar a caminar en condiciones del mundo real.

Las plataformas de asistencia robótica personalizables de hoy en día requieren mucha ajuste manual o automático para ayudar a los individuos, lo que puede ser difícil para los pacientes.

El nuevo enfoque se basa en la calibración de la asistencia de exoesqueleto robótico para un individuo y se adapta a diversas tareas de caminata en el mundo real en solo segundos. El sistema bioinspirado utiliza mediciones de ultrasonido de la dinámica muscular, lo que le permite ser personalizado y específico de la actividad para los usuarios.

Robert D. Howe es profesor de Ingeniería Abbott y James Lawrence y coautor del artículo, que se publicó en Science Robotics.

“Nuestro enfoque basado en el músculo permite la generación relativamente rápida de perfiles de asistencia personalizados que proporcionan un beneficio real a la persona que camina”, dijo Howe.

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Sistemas Bioinspirados Anteriores vs. Nuevo Enfoque

Los sistemas bioinspirados anteriores se han centrado en los movimientos dinámicos de los miembros y los usuarios, pero los investigadores buscaron fuera de esto.

Richard Nuckols es investigador postdoctoral en SEAS y coautor principal del artículo.

“Utilizamos ultrasonido para mirar bajo la piel y medir directamente lo que los músculos del usuario estaban haciendo durante varias tareas de caminata”, dijo Nuckols. “Nuestros músculos y tendones tienen complianza, lo que significa que no hay necesariamente un mapeo directo entre el movimiento de los miembros y el de los músculos subyacentes que impulsan su movimiento”.

El equipo de investigación conectó un sistema de ultrasonido portátil a los gemelos de los participantes antes de imaginar sus músculos mientras realizaban diferentes tareas de caminata.

Krithika Swaminathan es estudiante de posgrado en SEAS y la Escuela de Artes y Ciencias (GSAS) y coautora principal del estudio.

“A partir de estas imágenes pregrabadas, estimamos la fuerza asistencial que se debe aplicar en paralelo con los músculos de los gemelos para compensar el trabajo adicional que necesitan realizar durante la fase de empuje del ciclo de caminata”, dijo Swaminathan.

Capurar el Perfil del Músculo

El sistema requiere solo unos segundos de caminata para capturar el perfil del músculo, y para cada uno de los perfiles, los investigadores midieron la cantidad de energía metabólica que la persona utilizó durante la caminata con y sin el exoesqueleto.

El equipo encontró que la energía metabólica de la caminata en una variedad de velocidades y pendientes se redujo significativamente con la asistencia basada en el músculo. También encontraron que se requirió una fuerza de asistencia más baja para lograr el mismo o mejor beneficio de energía metabólica en comparación con estudios anteriores.

Sangjun Lee es estudiante de posgrado en SEAS y GSAS y coautor principal del estudio.

“Al medir el músculo directamente, podemos trabajar de manera más intuitiva con la persona que utiliza el exoesqueleto”, dijo Lee. “Con este enfoque, el exoesqueleto no está sobrepoderando al usuario, está trabajando cooperativamente con ellos”.

En situaciones del mundo real, el exoesqueleto demostró una capacidad para adaptarse rápidamente a los cambios en la velocidad y la pendiente de la caminata. El equipo ahora buscará probar el sistema con ajustes en tiempo real.

“Este enfoque puede ayudar a apoyar la adopción de robots portátiles en situaciones dinámicas del mundo real al permitir una asistencia cómoda, personalizada y adaptativa”, dijo Walsh.