Los dispositivos de exoesqueleto funcionan, dicen los investigadores, para una variedad de usos, como acelerar nuestra caminata o hacer que correr sea más fácil. Sin embargo, no saben exactamente qué hace que los exoesqueletos sean efectivos. ¿Cuál es el beneficio de la personalización, por ejemplo? Y cuánto¿Es importante simplemente acostumbrarse al exoesqueleto? Los investigadores del Laboratorio de Biomecatrónica de Stanford en la Universidad de Stanford examinaron estas preguntas y encontraron que el entrenamiento juega un papel notablemente significativo en qué tan bien brindan asistencia los exoesqueletos.
"La gente es increíble aprendiendo nuevas tareas", dijo Katherine Poggensee, PhD '21, ex miembro del Laboratorio de Biomecatrónica de Stanford.propios: pueden obtener grandes beneficios de nuestros dispositivos ".
Para descubrir los secretos del éxito del exoesqueleto, Poggensee y Steve Collins, profesor asociado de ingeniería mecánica y líder del Laboratorio de Biomecatrónica, monitorearon el progreso de 15 personas equipadas con un emulador de exoesqueleto de tobillo, un dispositivo que se adhiere al zapato y alrededorel vástago de las piernas de una persona e imita un exoesqueleto motorizado, pero permite una personalización abundante y un ajuste fino a través de controladores especiales basados en laboratorio.
Estas personas nunca habían usado un exoesqueleto antes, pero si bien todos se beneficiaron del entrenamiento, los diferentes enfoques produjeron resultados muy diferentes. Los participantes que recibieron las condiciones de entrenamiento más ventajosas gastaron casi un 40 por ciento menos de energía mientras caminaban con la ayuda del exoesqueleto en comparación con caminar con el exoesqueleto.exoesqueleto apagado. En todos los participantes, los investigadores determinaron que el entrenamiento contribuyó aproximadamente a la mitad del beneficio general ofrecido por el exoesqueleto. La investigación se detalla en un artículo publicado el 29 de septiembre en Ciencia robótica .
"El mensaje principal para nuestros colegas es: Necesitamos mejorar nuestro juego experimental. Necesitamos realmente entrenar a la gente", dijo Collins, quien describe la experiencia del exoesqueleto como menos como ponerse la armadura inteligente de un superhéroe y más como andar en bicicleta.. "Una vez que aprendes a hacerlo bien, puedes ponerte los exoesqueletos y empezar a caminar y es fácil, pero convertirte en un experto lleva un poco de tiempo".
Tomándose el tiempo
Los investigadores se centraron en tres preguntas principales: ¿podemos entrenar a las personas para que usen exoesqueletos con solo darles un dispositivo y hacer que caminen durante mucho tiempo? ¿Podemos ayudar a las personas a entrenar más rápido si las exponemos a una variedad de comportamientos de exoesqueletos?, una vez que las personas están completamente capacitadas, ¿cómo afecta el control personalizado del exoesqueleto al rendimiento?
Los participantes se dividieron en tres grupos principales, cada uno de los cuales experimentó cinco días de capacitación. Un grupo recibió asistencia genérica del emulador de exoesqueleto según lo que ayudó a los participantes en el pasado, otro experimentó la optimización continua del dispositivo para sus necesidades específicas.durante todo el estudio, y el tercer grupo experimentó una optimización que se restableció cada día. Como se esperaba, los participantes en el grupo de optimización continua vieron la mayor caída en el gasto de energía y, debido a que estuvieron expuestos a alguna variedad en el comportamiento del exoesqueleto, obtuvieron esos beneficios más rápidamente.
"Lo que no esperábamos era lo bien que lo hizo la gente", dijo Poggensee.
Las personas en el grupo más ventajoso - optimización continua y exposición a una variedad moderada - fueron las que redujeron sus costos de energía en casi un 40 por ciento. Y muchos participantes ni siquiera percibieron cuánto ayudaba el exoesqueleto hasta que regresaroncaminar con él apagado. Al comparar todas las pruebas, los investigadores determinaron que el entrenamiento fue responsable de aproximadamente la mitad de esta mejora y alrededor de una cuarta parte se debió a la personalización. Poggensee enfatizó que la personalización probablemente sería aún más importante para las personas que hanproblemas de movilidad.
Otra sorpresa fue el tiempo que tardaron los participantes en convertirse en "expertos", que los investigadores definieron como el punto en el que sus mejoras de energía se estabilizaron. Esto llevó aproximadamente dos horas en los emuladores de exoesqueleto, el equivalente a cinco millas de caminata.Puede que no parezca largo, pero es un compromiso sustancial para los estudios de laboratorio.
"Afortunadamente para los usuarios de productos futuros, esperamos que las personas acumulen mucha exposición en el transcurso de su primera semana con un dispositivo. Por lo tanto, no debería inhibir a las personas ni evitar que las personas se conviertan en expertos en ese contexto", dijoCollins, que también es miembro de la facultad del Instituto de Stanford para la Inteligencia Artificial Centrada en el Ser humano HAI, que proporcionó fondos para esta investigación. "Pero, si realmente queremos entender cómo las personas responden a algún dispositivo nuevo en el laboratorio,necesitará protocolos extensos ".
Mejor entrenamiento
Esta investigación señala el valor de comprender mejor la capacitación, incluida la forma en que las personas se acostumbran a los dispositivos de movilidad y cómo se puede mejorar la capacitación.
"Una gran conclusión para mí es que tenemos que dejar que nuestros participantes dirijan nuestra investigación", dijo Poggensee. "Necesitamos darles tiempo para que aprendan realmente a usar el dispositivo, para que no interfieramos con ningunadel aprendizaje. "
El interés del equipo también se despertó por el hecho de que, incluso después de que los participantes calificaron como expertos, aún hubo mejoras lentas en su desempeño durante decenas de horas de entrenamiento. Para aprovechar al máximo los exoesqueletos, los investigadores pueden necesitar estudiar cómolos propios cuerpos de las personas se están adaptando; por ejemplo, la forma en que los músculos se fortalecen para aprovechar mejor el dispositivo.
Por ahora, Collins y su laboratorio están buscando cómo acelerar la adquisición de experiencia, incluida una colaboración con la científica informática de Stanford Emma Brunskill. Y es cada vez más optimista sobre el potencial de los exoesqueletos para convertirse en un dispositivo común en la vida de muchas personas..
"Los exoesqueletos están por llegar", dijo Collins. "Van a mejorar tu vida y, una vez que te acostumbres, es posible que ni siquiera te des cuenta".
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