Se ha demostrado que un conjunto de exoesqueleto de rodilla construido con rodilleras y motores de drones disponibles comercialmente en la Universidad de Michigan ayuda a prevenir la fatiga al levantar y transportar tareas. Ayudaron a los usuarios a mantener la postura de levantamiento a pesar de la fatiga, un factor clave en la protección contra lesiones en el trabajo, dicen los investigadores.
“En lugar de atar directamente la espalda y renunciar a la forma adecuada de elevación, fortalecemos las piernas para mantenerla”, dijo Robert Gregg, profesor de robótica de la UM y autor correspondiente del estudio. Robótica científica. “Es diferente de lo que se suele hacer 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 flexión inseguro, y los exoesqueletos de la espalda tienden a ser dispositivos complejos que deben desactivarse para permitir movimientos que no son parte de la tarea de levantamiento, dice Gregg.
El equipo de Michigan dijo que sus exoesqueletos de rodilla sostienen principalmente los músculos cuádriceps, que proporcionan la mayor parte de la potencia en un levantamiento de sentadillas seguro, como una forma menos invasiva de proteger a los trabajadores de lesiones en la espalda. Los participantes del estudio los probaron con tareas de levantamiento y transporte usando una pesa rusa de 20 libras.
Las tareas incluyen levantar pesas del suelo y volver a colocarlas, y levantar y transportar pesas en terreno nivelado, subir y bajar una pendiente y subir y bajar escaleras. El estudio encontró que, después del agotamiento, los participantes mantenían una mejor postura con el exoesqueleto y levantaban objetos más rápido: sólo un 1% más lento que su ritmo previo a la fatiga, frente a un 44% más lento sin el exoesqueleto.
“Esto es especialmente importante cuando un trabajador tiene que moverse a lo largo de una cinta transportadora. Normalmente, cuando un trabajador está fatigado, seguirá ese ritmo, pero en una postura comprometida. Doblará más la espalda, y ahí es cuando lo más probable es que se produzcan lesiones”, 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 sobre terreno plano, por lo que estaban más o menos satisfechos. Durante esta tarea relativamente sencilla, se realiza el seguimiento de los cuádriceps con poca ayuda; Gregg describe esto como soporte suficiente para resistir el peso del exoesqueleto.
Una de las claves para que el exoesqueleto sea tan portátil son los motores y la forma en que están construidos, lo que permite a los usuarios mover libremente las rodillas para realizar un movimiento normal. El otro es el software, que predice qué tipo de apoyo necesita un usuario midiendo el ángulo de la articulación de la rodilla, la dirección del muslo y la parte inferior de la pierna y la fuerza captada por un sensor en el zapato del usuario.
Al tomar estas tres medidas de ambos pies, es posible determinar qué movimiento está intentando el usuario y cuánta asistencia debe brindar. Estas mediciones se tomaron 150 veces por segundo, lo que permitió que el exo se moviera sin problemas entre actividades.
Este enfoque contrasta con muchos controladores exo, que siguen un patrón predeterminado para tareas limitadas. 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?” el dijo
El nuevo controlador también agrega un modelo físico con aprendizaje automático, 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 Greg estima que si los exoesqueletos se produjeran a escala, podrían costar alrededor de 2.000 dólares por par.
Diez participantes del estudio, cinco mujeres y cinco hombres, realizaron todas las tareas en dos días diferentes, uno fresco y el otro cansado. Para inducir la fatiga, cada participante realizó una serie de levantamientos de sentadillas con una pesa rusa hasta que no pudieron continuar sin un largo descanso entre repeticiones. Todos los participantes tenían experiencia con técnicas adecuadas de levantamiento de sentadillas.
La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud.
El equipo ha solicitado protección de patente con la ayuda de UM Innovation Partnership y está buscando socios para llevar la tecnología al mercado.