Se ha demostrado que un conjunto de exoesqueletos de rodilla, construidos con rodilleras y motores de drones disponibles comercialmente en la Universidad de Michigan, ayudan a contrarrestar la fatiga al levantar y transportar tareas.Ayudaron a los usuarios a mantener una mejor postura de levantamiento incluso cuando estaban cansados, un factor clave en la defensa contra lesiones en el trabajo, dicen los investigadores de un nuevo artículo.publicadoen el diarioRobótica científica.

"En lugar de reforzar directamente la espalda y renunciar a la forma adecuada de levantar objetos, fortalecemos las piernas para mantenerla", dijo Robert Gregg, profesor de robótica de la UM y autor correspondiente del estudio."Esto difiere de lo que se hace más comúnmente en la industria".

Los trabajadores que levantan objetos con regularidad, como en la construcción y la manufactura, ya pueden usar aparatos ortopédicos para la espalda.Los exoesqueletos de espalda, que utilizan resortes o motores para ayudar a levantar objetos, son una tecnología emergente.Pero los dispositivos que sostienen la espalda suponen un levantamiento o agachamiento inseguro, y los exoesqueletos de la espalda tienden a ser dispositivos engorrosos que deben desactivarse para permitir movimientos que no son parte de la tarea de levantar, dijo Gregg.

El equipo de Michigan dice que sus exoesqueletos de rodilla son los primeros en soportar los músculos cuádriceps, que proporcionan la mayor parte de la fuerza en el levantamiento seguro de sentadillas, como una forma menos intrusiva de ayudar a proteger a los trabajadores de lesiones de espalda.Los participantes del estudio los probaron con tareas de levantamiento y transporte usando una pesa rusa de 20 libras.

Las tareas incluían levantar el peso del suelo y volver a colocarlo, y levantar y transportar el peso en un terreno plano, subir y bajar una pendiente y subir y bajar escaleras.El estudio encontró que después de fatigarse, los participantes mantenían una mejor postura con la ayuda delexoesqueleto, y también levantaron más rápido: sólo un 1% más lento que sus ritmos previos a la fatiga, frente a un 44% más lento sin la ayuda de los exoesqueletos.

"Esto es especialmente importante cuando un trabajador tiene que seguir el ritmo de una cinta transportadora. Por lo general, cuando un trabajador está fatigado, seguirá ese ritmo, pero con una postura comprometida. Doblará más la espalda, y eso escuando las lesiones son más probables", dijo Nikhil Divekar, investigador postdoctoral en robótica en la UM y primer autor del estudio.

Los participantes también sintieron el beneficio: principalmente dijeron que estaban bastante o muy satisfechos, con la excepción de caminar en terreno llano, con el cual estaban más o menos satisfechos.Esto se realiza con la pequeña cantidad de asistencia requerida por el cuádriceps durante esta tarea relativamente fácil;Gregg lo describió como un soporte suficiente para contrarrestar el peso del exoesqueleto.

Una de las claves para que el exoesqueleto sea tan portátil son los motores y la forma en que están orientados, lo que permite a los usuarios mover las rodillas libremente para lograr un paso natural.El otro es el software, que predice qué tipo de asistencia necesita el usuario midiendo el ángulo de la articulación de la rodilla, las orientaciones del muslo y la parte inferior de la pierna y la fuerza captada por un sensor en el zapato del usuario.

Con estas tres medidas de ambas piernas, es posible determinar qué movimiento intenta realizar el usuario y cuánta asistencia debe brindar.Estas mediciones se tomaron 150 veces por segundo, lo que permitió que los exoesqueletos se movieran sin problemas entre actividades.

Este enfoque contrasta con muchos controladores de exoesqueleto, que siguen patrones predefinidos para un conjunto limitado de tareas.Cambiar de tarea puede ser un problema para estos controladores y es posible que necesiten un segundo completo para descubrir qué está tratando de hacer el usuario, dijo Gregg.

"Si tu exo intenta subir las escaleras y tú intentas bajar las escaleras, eso podría ser un problema, ¿verdad?"dijo.

El nuevo controlador también combina un modelo físico conaprendizaje automático, lo que evita que el exoesqueleto realice movimientos inesperados si el usuario comienza a comportarse de manera diferente a cualquier actividad incluida en los datos de entrenamiento del controlador.

Los prototipos de laboratorio cuestan alrededor de 4.000 dólares por par, por lo que Gregg anticipa que si los exoesqueletos se produjeran a escala, podrían costar alrededor de 2.000 dólares por par.

Los 10 participantes del estudio, cinco mujeres y cinco hombres, realizaron todas las tareas en dos días diferentes, un día frescos y el otro fatigados.Para inducir la fatiga, cada participante realizó una serie de levantamientos de sentadillas con pesas rusas hasta que no pudieron continuar sin un largo descanso entre repeticiones.Todos los participantes tenían experiencia con técnicas adecuadas de levantamiento de sentadillas.

El equipo ha solicitadoprotección de patentecon la ayuda de U-M Innovation Partnerships y está buscando socios para llevar la tecnología al mercado.