Quando Conor Walsh era um estudante de pós-graduação no MIT, ele atuou como um piloto de teste para o programa de exoesqueleto de seu professor. O dispositivo poderoso e rígido era desafiador para usar e trabalhar, devido à maneira como ele tinha que interagir com o corpo, forçando o corpo do usuário a obedecer à estrutura do dispositivo, e não vice-versa.
Eventualmente, Walsh mudou-se para Harvard e começou sua própria pesquisa sobre exos- tot. Mas ele fez questão de trabalhar em sistemas flexíveis e flexíveis para ajudar na locomoção. Depois de cinco anos de trabalho, seus ternos ajudaram os caminhantes a se movimentarem de 20 a 25% com mais eficiência, de acordo com sua pesquisa, publicada recentemente na Science Robotics .
“A abordagem que estamos tomando, e um grupo de outros grupos também está começando a tomar, é possível fornecer assistência pequena a moderada, mas através de uma plataforma muito leve e não restritiva?”, Afirma Walsh.
O aparelho é baseado em um cabo, que ajuda a auxiliar o movimento de duas articulações diferentes, o tornozelo e o quadril. O usuário usa um cinto ao redor da cintura, e as correias se estendem deste arnês até as braçadeiras ao redor de cada panturrilha. Um cabo vai do calcanhar até uma polia na panturrilha e depois para um pequeno motor. (Por enquanto, ele manteve o motor e a fonte de energia montados em outros lugares, como forma de simplificar o estudo.)
Os sensores giroscópicos montados nos pés enviam dados para um microcontrolador, que interpreta a passada do andador e aciona o motor no momento apropriado. Como o motor bobina no cabo, ele puxa o calcanhar, auxiliando no degrau (chamado de flexão plantar). O cinto serve dois propósitos; ele atua como suporte, de modo que o bezerro não precisa suportar tanta pressão, mas também oferece assistência à articulação do quadril, já que a força da polia é transferida para cima por meio das correias.
Walsh e seus co-autores usaram o aparelho em quatro diferentes níveis de potência para ver o que era mais eficiente.
“O principal objetivo deste estudo foi analisar, à medida que aumentamos a quantidade de assistência que estamos oferecendo à pessoa ... que tipos de resposta vemos da pessoa?”, Afirma Walsh.
O que eles descobriram foi que, mesmo no nível mais alto de assistência (medido pela força aplicada como porcentagem do peso corporal, atingindo o máximo de 75%), eles não viram platô; a eficiência, medida pela quantidade de oxigênio que os participantes usavam durante a caminhada, continuou subindo.
"O que os dados dele sugerem é que, quando você continua tentando adicionar mais assistência, pode não haver limite, nem limites para o quanto poderíamos melhorar o consumo de combustível de uma pessoa, se você quiser", diz Greg Sawicki. Sawicki também trabalha em exosuits a pé, como professor associado de engenharia biomédica na Universidade da Carolina do Norte. Seus dispositivos são baseados em um exoesqueleto rígido pequeno e leve - às vezes acionado, às vezes acionado por uma mola - que se ajusta ao redor do tornozelo.
"Em nossos estudos, encontramos um resultado diferente, que é que, com frequência, há retornos decrescentes", diz ele. “Você faz bem até certo ponto de assistência, e então, se você doa demais, a eficiência do sistema humano-máquina começa a declinar.” Ele suspeita que parte da diferença é devida à arquitetura multiarticular de Walsh, e como incorpora o movimento do quadril.
Tanto o trabalho de Walsh e Sawicki tem sido aplicado no campo da medicina, ajudando vítimas de acidente vascular cerebral, ou pacientes com esclerose múltipla, ou outras lesões relacionadas com a idade e doenças para aumentar a sua mobilidade. Walsh fez parceria com a ReWalk Robotics para desenvolver sistemas para esses aplicativos. Mas há uma segunda aplicação importante, que ajudou Walsh a obter financiamento da DARPA: soldados que usavam equipamento pesado poderiam um dia usar trajes como esses para ajudá-los a andar mais, carregar mais e experimentar menos fadiga.
Em busca dos dois objetivos, Walsh refinou os têxteis, os sistemas de atuação e os controladores para tornar esses ternos mais realistas fora do laboratório. “Os avanços nesse campo estão surgindo por meio de colaborações com pessoas que entendem o humano, a fisiologia, a biomecânica e as pessoas que entendem a robótica e o aspecto tecnológico”, diz ele. É uma abordagem interdisciplinar, com design e ergonomia, mas também biomecânica, engenharia de software e robótica. Todo mundo anda um pouco diferente, então o sistema deve ser pelo menos parcialmente personalizável. E depois há o peso.
“O maior desafio é a densidade de potência da atuação”, diz Sawicki, salientando que a montagem das baterias e motores no andador, em vez de remotamente em um estande próximo, como Walsh fez, poderia diminuir a eficiência. Até que a tecnologia de bateria e motor melhore, qualquer aumento na potência requer um aumento de peso, uma troca que é, por enquanto, inerente a todos esses andadores. “Existe essa regra fundamental que, se você quer ser mais poderoso, você tem que ser mais pesado quando se trata de motores.”
