Os exoesqueletos robóticos podem ajudar as pessoas com deficiência a recuperar a mobilidade, os trabalhadores das fábricas a levantar cargas mais pesadas ou os atletas a correr mais rápido. Até agora, eles estavam em grande parte restritos ao laboratório devido à necessidade de calibrá-los meticulosamente para cada usuário, mas um novo controlador universal poderá mudar isso em breve.

Embora a palavra “exoesqueleto” possa evocar imagens de ficção científica de filmes como Alien e Avatar, a tecnologia está avançando em direção ao mundo real. Exoesqueletos foram testados como forma de prevenir lesões em fábricas de automóveis, deixe os soldados carregar mochilas pesadas por mais tempo e até ajudar pessoas com Parkinson permaneça móvel.

Mas o software que controla a quantidade de energia a ser aplicada para apoiar os membros de um usuário normalmente precisa ser cuidadosamente ajustado para se adequar a cada indivíduo. Além disso, normalmente só ajuda em alguns movimentos predeterminados para os quais foi especialmente projetado.

Uma nova abordagem de pesquisadores do Georgia Institute of Technology usa redes neurais para adaptar perfeitamente os movimentos de um exoesqueleto à postura e marcha específicas de cada usuário. A equipe diz que isso poderia ajudar a tirar a tecnologia do laboratório e começar a ajudar as pessoas na vida cotidiana.

“O que é tão legal nisso é que ele se ajusta à dinâmica interna de cada pessoa sem nenhum ajuste ou ajuste heurístico, o que é uma grande diferença em relação a muito trabalho na área”, disse Aaron Young, que liderou a pesquisa, em um comunicado de imprensa.

Exoesqueletos use motores elétricos para fornecer energia extra aos membros do usuário ao realizar atividades extenuantes. A maioria dos esquemas de controle concentra-se em auxiliar atividades bem definidas, como caminhar ou subir escadas.

Uma abordagem comum, dizem os pesquisadores, é fazer com que um algoritmo de alto nível preveja qual ação o usuário está tentando realizar e então, quando essa atividade for detectada, iniciar um esquema de controle especial projetado para esse tipo de movimento.

Isso significa que o exoesqueleto só pode auxiliar atividades específicas e, mesmo que o dispositivo suporte várias atividades diferentes, os usuários muitas vezes precisam alternar entre elas pressionando um botão. Além disso, significa que o dispositivo precisa de ser cuidadosamente ajustado para que o seu esquema de controlo corresponda à forma e à dinâmica únicas dos membros de cada utilizador.

A nova abordagem projetada pela equipe Georgia Tech e descrita em um em papel Robótica ciência, em vez disso, concentra-se no que as articulações e músculos do usuário estão fazendo em um determinado momento e fornecendo suporte motorizado continuamente. A abordagem deles foi testada em um exoesqueleto de quadril, que os pesquisadores dizem ser útil em uma ampla variedade de cenários.

Uma rede neural executada em um chip GPU lê dados de vários sensores no exoesqueleto que medem o ângulo de diferentes articulações e a direção e velocidade do usuário. Ele usa essas informações para prever quais movimentos o usuário está fazendo e, em seguida, direciona os motores do exoesqueleto para aplicar a quantidade certa de torque para aliviar parte da carga dos músculos relevantes.

A equipe treinou a rede neural com dados de 25 participantes caminhando em diversos contextos enquanto usavam o exoesqueleto. Isso ajudou o algoritmo a obter uma compreensão geral de como os dados do sensor se relacionavam com os movimentos musculares, tornando possível a adaptação automática a novos usuários sem ser adaptado às suas idiossincrasias.

O estudo mostrou que o sistema resultante poderia reduzir significativamente a quantidade de energia gasta pelos usuários em diversas atividades. Embora a redução no consumo de energia fosse semelhante às abordagens anteriores, o que é crucial é que não se restringia a ações específicas e podia fornecer apoio contínuo, independentemente do que o utilizador estivesse a fazer.

Embora os pesquisadores digam que é muito cedo para saber se a abordagem se traduzirá em outros tipos de exoesqueletos, parece que a ideia geral é relativamente adaptável. Isso sugere que os exoesqueletos poderão em breve tornar-se um produto “pronto para uso”, ajudando as pessoas em uma ampla gama de atividades extenuantes.

Crédito de imagem: Candler Hobbs, Instituto de Tecnologia da Geórgia

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