Los exoesqueletos robóticos podrían ayudar a las personas discapacitadas a recuperar su movilidad, a los trabajadores de las fábricas a levantar cargas más pesadas o a los atletas a correr más rápido. Hasta ahora, han estado restringidos en gran medida al laboratorio debido a la necesidad de calibrarlos minuciosamente para cada usuario, pero un nuevo controlador universal pronto podría cambiar eso.

Si bien la palabra "exoesqueleto" puede evocar imágenes de ciencia ficción de películas como Alien y Avatar, la tecnología se está abriendo camino hacia el mundo real. Los exoesqueletos han sido probados como una forma de prevenir lesiones en fábricas de automóviles, dejar soldados cargar con mochilas pesadas durante más tiempo e incluso ayudar a las personas con Parkinson mantente móvil.

Pero el software que controla cuánta potencia aplicar para apoyar las extremidades de un usuario generalmente debe modificarse cuidadosamente para adaptarse a cada individuo. Además, normalmente sólo ayuda con unos pocos movimientos predeterminados para los que está especialmente diseñado.

Un nuevo enfoque de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia utiliza redes neuronales para adaptar perfectamente los movimientos de un exoesqueleto a la postura y forma de andar particulares de cada usuario. El equipo afirma que esto podría ayudar a sacar la tecnología del laboratorio y empezar a ayudar a las personas en la vida cotidiana.

"Lo bueno de esto es que se ajusta a la dinámica interna de cada persona sin ningún ajuste o ajuste heurístico, lo cual es una gran diferencia con mucho trabajo en el campo", dijo en Aaron Young, quien dirigió la investigación. un comunicado de prensa.

Exoesqueletos utilizan motores eléctricos para proporcionar energía adicional a las extremidades del usuario cuando realiza actividades extenuantes. La mayoría de los esquemas de control se han centrado en ayudar en actividades bien definidas, como caminar o subir escaleras.

Un enfoque común, dicen los investigadores, es tener un algoritmo de alto nivel que prediga qué acción está tratando de realizar el usuario y luego, cuando se detecte esa actividad, iniciar un esquema de control especial diseñado para ese tipo de movimiento.

Esto significa que el exoesqueleto sólo puede ayudar a actividades específicas, e incluso si el dispositivo admite varias actividades diferentes, los usuarios a menudo tienen que alternar entre ellas presionando un botón. Es más, significa que el dispositivo debe ajustarse cuidadosamente para que su esquema de control coincida con la forma y dinámica únicas de las extremidades de cada usuario.

El nuevo enfoque diseñado por el equipo de Georgia Tech y descrito en un papel en Robótica Ciencia, en cambio, se centra en lo que hacen las articulaciones y los músculos de un usuario en un momento determinado y les proporciona soporte motorizado de forma continua. Su enfoque se probó en un exoesqueleto de cadera, que según los investigadores es útil en una amplia gama de escenarios.

Una red neuronal que se ejecuta en un chip GPU lee datos de varios sensores en el exoesqueleto que miden el ángulo de diferentes articulaciones y la dirección y velocidad del usuario. Utiliza esta información para predecir qué movimientos está haciendo el usuario y luego dirige los motores del exoesqueleto para que apliquen la cantidad justa de torsión para aliviar parte de la carga de los músculos relevantes.

El equipo entrenó la red neuronal con datos de 25 participantes que caminaban en una variedad de contextos mientras usaban el exoesqueleto. Esto ayudó al algoritmo a obtener una comprensión general de cómo los datos de los sensores se relacionan con los movimientos musculares, lo que hizo posible adaptarse automáticamente a nuevos usuarios sin tener que adaptarse a sus idiosincrasias.

El estudio demostró que el sistema resultante podría reducir significativamente la cantidad de energía que los usuarios gastan en una variedad de actividades. Si bien la reducción en el uso de energía fue similar a enfoques anteriores, lo más importante es que no se limitó a acciones particulares y pudo brindar apoyo continuo sin importar lo que estuviera haciendo el usuario.

Si bien los investigadores dicen que es demasiado pronto para saber si el enfoque se trasladará a otros tipos de exoesqueletos, parece que la idea general es relativamente adaptable. Esto sugiere que los exoesqueletos pronto podrían convertirse en un producto “disponible en el mercado” que ayude a las personas en una amplia gama de actividades extenuantes.

Crédito de la imagen: Candler Hobbs, Instituto de Tecnología de Georgia

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• Fuente: https://singularityhub.com/2024/03/22/researchers-are-building-universal-exoskeletons-anyone-can-use/