Exoesqueletos
Aunque últimamente se habla cada vez más de los exoesqueletos, resulta que la historia de este invento se remonta al siglo XIX. Descubra cómo ha cambiado a lo largo de las décadas y cuáles fueron los puntos de inflexión en su evolución.
1. Ilustración de la patente de Nikolai Yagn
1890 – Las primeras ideas innovadoras para crear un exoesqueleto datan del siglo XIX. En 1890, Nicholas Yagn patentó en los Estados Unidos (patente No. US 420179 A) "Un dispositivo para facilitar caminar, correr y saltar" (1). Era una armadura hecha de madera, cuyo propósito era aumentar la velocidad de un guerrero durante una marcha de muchos kilómetros. El diseño se convirtió en una fuente de inspiración para seguir buscando la solución óptima.
1961 - En los años 60, General Electric, junto con un grupo de científicos de la Universidad de Comell, comenzó a trabajar en la creación de un traje electrohidráulico que apoya el ejercicio humano. La colaboración con los militares en el proyecto Man Augmentation condujo al desarrollo del Hardiman (2). El objetivo del proyecto era crear un traje que imitara los movimientos naturales de un humano, permitiéndole levantar objetos de casi 700 kg. El disfraz en sí pesaba lo mismo, pero el peso tangible era de solo 20 kg.
2. Prototipo de intercambiador de calor de General Electric
A pesar del éxito del proyecto, resultó que su utilidad era insignificante y las copias iniciales serían costosas. Sus opciones de movilidad limitadas y su complejo sistema de energía eventualmente inutilizaron estos dispositivos. Durante las pruebas, resultó que Hardiman solo puede levantar 350 kg y, con un uso prolongado, tiende a movimientos peligrosos y descoordinados. A partir del desarrollo posterior del prototipo, solo se abandonó un brazo: el dispositivo pesaba alrededor de 250 kg, pero era tan poco práctico como el exoesqueleto anterior.
70 años. “Por su tamaño, peso, inestabilidad y problemas de potencia, el Hardiman nunca entró en producción, pero el Man-Mate industrial usó alguna tecnología de los años 60. Los derechos de la tecnología fueron comprados por Western Space and Marine, fundada por uno de los ingenieros de GE. El producto se ha desarrollado aún más y hoy existe en forma de un gran brazo robótico que puede levantar hasta 4500 kg mediante retroalimentación de fuerza, lo que lo hace ideal para la industria del acero.
3. Exoesqueletos construidos en el Instituto Mihailo Pupin en Serbia.
1972 – Los primeros exoesqueletos activos y robots humanoides fueron desarrollados en el Instituto Mihailo Pupin en Serbia por un grupo dirigido por el prof. Miomir Vukobratovich. En primer lugar, se han desarrollado sistemas de movimiento de piernas para apoyar la rehabilitación de personas que sufren de paraplejia (3). Al desarrollar exoesqueletos activos, el instituto también desarrolló métodos para analizar y controlar la marcha humana. Algunos de estos avances han contribuido al desarrollo de los robots humanoides de alto rendimiento de la actualidad. En 1972, se probó en una clínica ortopédica de Belgrado un exoesqueleto neumático activo con programación electrónica para la parálisis de las extremidades inferiores.
1985 “Un ingeniero del Laboratorio Nacional de Los Álamos está construyendo un exoesqueleto llamado Pitman, una servoarmadura para soldados de infantería. El control del dispositivo se basó en sensores que escanean la superficie del cráneo, colocados en un casco especial. Dadas las capacidades de la tecnología de la época, era un diseño demasiado complejo de fabricar. La limitación fue principalmente la potencia informática insuficiente de las computadoras. Además, procesar señales cerebrales y convertirlas en movimientos de exoesqueleto seguía siendo técnicamente prácticamente imposible en ese momento.
4. Traje salvavidas de exoesqueleto, diseñado por Monty Reed.
1986 — Monty Reed, soldado del ejército de los EE. UU. que se fracturó la columna mientras saltaba en paracaídas, desarrolla un exoesqueleto de traje de supervivencia (4). Se inspiró en las descripciones de los trajes de infantería móviles en la novela de ciencia ficción Starship Troopers de Robert Heinlein, que leyó mientras se recuperaba en el hospital. Sin embargo, Reed no comenzó a trabajar en su dispositivo hasta 2001. En 2005, probó un prototipo de traje de rescate 4,8 en la carrera del Día de San Patricio en Seattle, Washington. El desarrollador afirma haber establecido un récord de velocidad al caminar en trajes de robot, recorriendo 4 kilómetros a una velocidad promedio de 14 km/h. El prototipo Lifesuit 1,6 fue capaz de recorrer 92 km completamente cargado y permitió levantar XNUMX kg.
1990-presente - El primer prototipo del exoesqueleto HAL fue propuesto por Yoshiyuki Sankai (5), profe. Universidad de Tsukuba. Sankai pasó tres años, de 1990 a 1993, identificando las neuronas que controlan el movimiento de las piernas. Le llevó a él y a su equipo otros cuatro años crear un prototipo del equipo. El tercer prototipo HAL, desarrollado a principios del siglo XXII, estaba conectado a una computadora. La batería en sí pesaba casi 22 kg, lo que la hacía muy poco práctica. En contraste, el último modelo HAL-5 pesaba solo 10 kg y tenía la batería y la computadora de control alrededor de la cintura del usuario. HAL-5 es actualmente un exoesqueleto médico de cuatro extremidades (aunque también está disponible una versión solo para las extremidades inferiores) fabricado por la empresa japonesa Cyberdyne Inc. en colaboración con la Universidad de Tsukuba.
5. El profesor Yoshiyuki Sankai presenta uno de los modelos de exoesqueleto.
Funciona aproximadamente 2 horas 40 minutos tanto en interiores como en exteriores. Ayuda a levantar objetos pesados. La ubicación de los controles y la conducción en contenedores dentro de la caja permitieron deshacerse de la "mochila" tan característica de la mayoría de los exoesqueletos, que a veces se asemejaba a un gran insecto. Las personas con hipertensión, osteoporosis y cualquier afección cardíaca deben consultar a un médico antes de usar HAL, y las contraindicaciones incluyen, entre otras, marcapasos y embarazo. Como parte del programa HAL FIT, el fabricante ofrece la posibilidad de utilizar sesiones de tratamiento con exoesqueleto tanto para personas enfermas como sanas. El diseñador de HAL afirma que las próximas etapas de la actualización se centrarán en crear un traje delgado que permita al usuario moverse libremente e incluso correr.
2000 - profesor Homayoun Kazeruni y su equipo en Ekso Bionics están desarrollando un Universal Human Cargo Carrier, o HULC (6) es un exoesqueleto inalámbrico con accionamiento hidráulico. Su finalidad es ayudar a los soldados en guerra a llevar cargas de hasta 90 kg durante mucho tiempo, con una velocidad máxima de 16 km/h. El sistema se presentó al público en el Simposio de invierno de AUSA el 26 de febrero de 2009, cuando se llegó a un acuerdo de licencia con Lockheed Martin. El material dominante utilizado en este diseño es el titanio, un material liviano pero relativamente costoso con altas propiedades mecánicas y de resistencia.
El exoesqueleto está equipado con ventosas que le permiten transportar objetos de hasta 68 kg (dispositivo de elevación). La alimentación proviene de cuatro baterías de polímero de litio, que garantizan el funcionamiento normal del dispositivo con una carga óptima de hasta 20 horas. El exoesqueleto fue probado en varias condiciones de combate y con varias cargas. Después de una serie de experimentos exitosos en el otoño de 2012, fue enviado a Afganistán, donde fue probado durante un conflicto armado. A pesar de muchas críticas positivas, el proyecto quedó en suspenso. Al final resultó que, el diseño dificultaba la realización de ciertos movimientos y, de hecho, aumentaba la carga sobre los músculos, lo que contradecía la idea general de su creación.
2001 – El proyecto Berkeley Lower Extremity Exoeskeleton (BLEEX), originalmente destinado principalmente al ejército, está en marcha. En su marco, se han logrado resultados prometedores en forma de soluciones autónomas de importancia práctica. En primer lugar, se creó un dispositivo robótico, adherido a la parte inferior del cuerpo para dar fuerza adicional a las piernas. El equipo fue financiado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) y desarrollado por el Laboratorio de Robótica e Ingeniería Humana de Berkeley, una división del Departamento de Ingeniería Mecánica de Berkeley de la Universidad de California. El sistema de exoesqueleto de Berkeley brinda a los soldados la capacidad de transportar grandes cargas útiles con un mínimo esfuerzo y sobre cualquier tipo de terreno, como alimentos, equipos de rescate, botiquines de primeros auxilios, comunicaciones y armas. Además de las aplicaciones militares, BLEEX está desarrollando actualmente proyectos civiles. El Laboratorio de Robótica e Ingeniería Humana está investigando actualmente las siguientes soluciones: ExoHiker - un exoesqueleto diseñado principalmente para expedicionarios donde existe la necesidad de transportar equipos pesados, ExoClimber - equipo para personas que escalan altas colinas, Medical Exoskeleton - un exoesqueleto para personas con discapacidad capacidades físicas. Trastornos de la movilidad de miembros inferiores.
8. Prototipo Sarcos XOS 2 en acción
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2010 – Aparece XOS 2 (8) es una continuación del exoesqueleto XOS de Sarcos. En primer lugar, el nuevo diseño se ha vuelto más ligero y fiable, lo que le permite levantar cargas de hasta 90 kg en estático. El dispositivo se asemeja a un cyborg. El control se basa en treinta actuadores que actúan como articulaciones artificiales. El exoesqueleto contiene varios sensores que transmiten señales a los actuadores a través de una computadora. De esta forma, se produce un funcionamiento suave y continuo, y el usuario no siente ningún esfuerzo significativo. El peso de XOS es de 68 kg.
2011-presente – La Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) aprueba el exoesqueleto médico ReWalk (9). Es un sistema que utiliza elementos de fuerza para fortalecer las piernas y permite a las personas con parálisis mantenerse erguidas, caminar y subir escaleras. La energía es proporcionada por una batería de mochila. El control se realiza mediante un sencillo mando a distancia de mano que detecta y corrige los movimientos del usuario. Todo fue diseñado por Amit Goffer de Israel y lo vende ReWalk Robotics Ltd (originalmente Argo Medical Technologies) por alrededor de 85 XNUMX PLN. dólares
9 personas caminan en exoesqueletos ReWalk
En el momento del lanzamiento, el equipo estaba disponible en dos versiones: ReWalk I y ReWalk P. La primera es utilizada por instituciones médicas con fines terapéuticos o de investigación bajo la supervisión de un profesional médico. ReWalk P está diseñado para uso personal de pacientes en el hogar o en áreas públicas. En enero de 2013, se lanzó una versión actualizada de ReWalk Rehabilitation 2.0. Esto mejoró el ajuste para personas más altas y mejoró el software de control. ReWalk requiere que el usuario use muletas. Las enfermedades cardiovasculares y la fragilidad ósea se mencionan como contraindicaciones. La limitación también es el crecimiento, entre 1,6 y 1,9 m, y el peso corporal hasta 100 kg. Este es el único exoesqueleto en el que puedes conducir un automóvil.
10. Ex Bionics eLEGS
2012 Ekso Bionics, antes conocida como Berkeley Bionics, presenta su exoesqueleto médico. El proyecto comenzó dos años antes bajo el nombre eLEGS (10), y estaba destinado a la rehabilitación de personas con diversos grados de parálisis. Al igual que ReWalk, la construcción requiere el uso de muletas. La batería proporciona energía para al menos seis horas de uso. Exo set cuesta alrededor de 100 mil. dólares En Polonia se conoce el proyecto del exoesqueleto Ekso GT, un dispositivo médico diseñado para trabajar con pacientes neurológicos. Su diseño permite caminar, incluidas personas después de accidentes cerebrovasculares, lesiones de la médula espinal, pacientes con esclerosis múltiple o con síndrome de Guillain-Barré. El equipo puede operar en varios modos diferentes, dependiendo del grado de disfunción del paciente.
2013 – Mindwalker, un proyecto de exoesqueleto controlado por la mente, recibe financiación de la Unión Europea. El diseño es el resultado de una colaboración entre científicos de la Universidad Libre de Bruselas y la Fundación Santa Lucía en Italia. Los investigadores probaron diferentes formas de controlar el dispositivo: creen que la interfaz cerebro-neuro-computadora (BNCI) funciona mejor, lo que le permite controlarlo con pensamientos. Las señales pasan entre el cerebro y la computadora, sin pasar por la médula espinal. Mindwalker convierte las señales EMG, es decir, pequeños potenciales (llamados miopotenciales) que aparecen en la superficie de la piel de una persona cuando los músculos están trabajando, en comandos de movimiento electrónicos. El exoesqueleto es bastante ligero, pesa solo 30 kg sin baterías. Soportará a un adulto que pese hasta 100 kg.
2016 – La Universidad Técnica ETH en Zúrich, Suiza, organiza la primera competencia deportiva de Cybathlon para personas con discapacidades que utilizan robots de asistencia. Una de las disciplinas fue la carrera de exoesqueletos en una carrera de obstáculos para personas con parálisis de las extremidades inferiores. En esta demostración de habilidades y tecnología, los usuarios del exoesqueleto debían realizar tareas como sentarse en un sofá y levantarse, caminar por pendientes, pisar rocas (como al cruzar un río de montaña poco profundo) y subir escaleras. Resultó que nadie pudo dominar todos los ejercicios, y los equipos más rápidos tardaron más de 50 minutos en completar la carrera de obstáculos de 8 metros. El próximo evento tendrá lugar en 2020 como indicador del desarrollo de la tecnología de exoesqueleto.
2019 – Durante las demostraciones de verano en el Commando Training Center en Lympston, Reino Unido, Richard Browning, inventor y director ejecutivo de Gravity Industries, mostró su traje jet de exoesqueleto Daedalus Mark 1, que causó una gran impresión en los militares, y no solo en los británicos. Seis pequeños motores a reacción, dos de ellos instalados en la parte trasera y dos en forma de pares adicionales en cada brazo, le permiten escalar a una altura de hasta 600 m Hasta ahora, solo hay suficiente combustible para 10 minutos de vuelo ...
