Las personas rara vez caminan a una velocidad constante y en una sola pendiente. Cambiamos de velocidad cuando nos apresuramos a ir a la siguiente cita, captamos una señal de cruce de peatones o damos un paseo informal por el parque. Las pendientes también cambian todo el tiempo, ya sea que estemosir de excursión o subir una rampa a un edificio. Además de las variaciones ambientales, la forma en que caminamos está influenciada por el sexo, la altura, la edad y la fuerza muscular, y a veces por trastornos neuronales o musculares como un accidente cerebrovascular o la enfermedad de Parkinson.
Esta variabilidad humana y de tareas es un desafío importante en el diseño de robótica portátil para ayudar o mejorar la marcha en condiciones del mundo real. Hasta la fecha, personalizar la asistencia robótica portátil para la marcha de un individuo requiere horas de ajuste manual o automático, una tarea tediosa paraindividuos sanos y, a menudo, imposible para adultos mayores o pacientes clínicos.
Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS de Harvard John A. Paulson han desarrollado un nuevo enfoque en el que la asistencia robótica del exotraje se puede calibrar para un individuo y adaptarse a una variedad de tareas de caminar del mundo real en unEn cuestión de segundos. El sistema bioinspirado utiliza mediciones de ultrasonido de la dinámica muscular para desarrollar un perfil de asistencia personalizado y específico de la actividad para los usuarios del exotraje.
"Nuestro enfoque basado en los músculos permite la generación relativamente rápida de perfiles de asistencia individualizados que brindan un beneficio real a la persona que camina", dijo Robert D. Howe, profesor de ingeniería de Abbott y James Lawrence y coautor del artículo.
La investigación se publica en Ciencia robótica.
Intentos bioinspirados anteriores de desarrollar perfiles de asistencia individualizados para exotrajes robóticos centrados en los movimientos dinámicos de las extremidades del usuario. Los investigadores de SEAS adoptaron un enfoque diferente. La investigación fue una colaboración entre el Laboratorio de Biorrobótica de Harvard de Howe, que tiene una amplia experiencia en ultrasonidoprocesamiento de imágenes y de imágenes en tiempo real, y el Harvard Biodesign Lab, dirigido por Conor J. Walsh, profesor de ingeniería y ciencias aplicadas Paul A. Maeder en SEAS, que desarrolla robots portátiles suaves para aumentar y restaurar el rendimiento humano.
"Usamos ultrasonido para mirar debajo de la piel y medimos directamente lo que estaban haciendo los músculos del usuario durante varias tareas de caminata", dijo Richard Nuckols, investigador asociado postdoctoral en SEAS y co-primer autor del artículo. "Nuestros músculos y tendonestienen cumplimiento, lo que significa que no hay necesariamente un mapeo directo entre el movimiento de las extremidades y el de los músculos subyacentes que impulsan su movimiento ".
El equipo de investigación ató un sistema de ultrasonido portátil a las pantorrillas de los participantes y tomó imágenes de sus músculos mientras realizaban una serie de tareas para caminar.
"A partir de estas imágenes pregrabadas, estimamos la fuerza de asistencia que se aplicará en paralelo con los músculos de la pantorrilla para compensar el trabajo adicional que necesitan realizar durante la fase de empuje del ciclo de caminar", dijo Krithika Swaminathan, graduadaestudiante de SEAS y la Escuela de Graduados en Artes y Ciencias GSAS y co-primer autor del estudio.
El nuevo sistema solo necesita unos segundos de caminata, incluso una zancada puede ser suficiente para capturar el perfil del músculo.
Para cada uno de los perfiles generados por ultrasonido, los investigadores midieron cuánta energía metabólica usaba la persona al caminar con y sin el exotraje. Los investigadores encontraron que la asistencia basada en los músculos proporcionada por el exotraje redujo significativamente la energía metabólica de caminara través de una variedad de velocidades e inclinaciones al caminar.
El exotraje también aplicó una fuerza de asistencia menor para lograr el mismo beneficio de energía metabólica o mejor que los estudios publicados anteriormente.
"Al medir el músculo directamente, podemos trabajar de manera más intuitiva con la persona que usa el exotraje", dijo Sangjun Lee, estudiante de posgrado de SEAS y GSAS y coautor principal del estudio. "Con este enfoque, el exotraje no esno abruma al usuario, está trabajando en cooperación con él ".
Cuando se probó en situaciones del mundo real, el exotraje pudo adaptarse rápidamente a los cambios en la velocidad y la inclinación al caminar.
A continuación, el equipo de investigación tiene como objetivo probar el sistema realizando ajustes constantes en tiempo real.
"Este enfoque puede ayudar a respaldar la adopción de la robótica portátil en situaciones dinámicas del mundo real al permitir una asistencia cómoda, personalizada y adaptativa", dijo Walsh, autor principal del artículo.
Dorothy Orzel también es coautora de esta investigación. Recibió el apoyo de las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud BRG-R01HD088619, U01TR002775 y R21AR076686, subvención de la Fundación Nacional de Ciencias CMMI-1925085.
Video de un exotraje personalizado para caminar en el mundo real : http://www.youtube.com/watch?v=4XFvoW3Z9l8&t=1s
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard . Original escrito por Leah Burrows. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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