Método de medición Pruebas Ajuste de exoesqueletos

Los exoesqueletos, muchos de los cuales funcionan con resortes o motores, pueden causar dolor o lesiones si sus articulaciones no están alineadas con las del usuario. Para mitigar estos riesgos, se desarrolló un nuevo método de medición para probar si un exoesqueleto y la persona que lo usa se mueven sin problemas y en armonía.

El método es un sistema de seguimiento óptico (OTS) similar a las técnicas de captura de movimiento utilizadas por los cineastas para dar vida a los personajes generados por computadora. El OTS utiliza cámaras especiales que emiten luz y capturan lo que se refleja mediante marcadores esféricos dispuestos en objetos de interés. Una computadora calcula la posición de los objetos etiquetados en el espacio 3D. El enfoque se usó para rastrear el movimiento de un exoesqueleto y piezas de prueba, llamadas "artefactos", sujetas a su usuario.

El objetivo final es colocar estos artefactos en una persona, colocarle el exoesqueleto, comparar la diferencia entre la persona que usa los artefactos y el exoesqueleto, y ver si se mueven en armonía entre sí. Si se mueven de manera diferente o no se ajusta correctamente, se podrían hacer ajustes.

Los investigadores intentaron capturar el movimiento de la rodilla, una de las articulaciones relativamente simples del cuerpo. Para evaluar la incertidumbre de medición del nuevo enfoque, construyeron dos piernas artificiales como bancos de pruebas. Uno presentaba una prótesis de rodilla lista para usar, mientras que el otro incorporaba una rodilla impresa en 3D que imitaba más de cerca a la real. También se sujetaron placas de metal a las piernas con cuerdas elásticas para representar extremidades exoesqueléticas o artefactos de prueba unidos al cuerpo. Después de colocar marcadores en las piernas y placas, el equipo usó el OTS y un transportador digital para medir los ángulos de la rodilla en todo su rango de movimiento. Al comparar los dos conjuntos de medidas, pudieron determinar que su sistema era capaz de rastrear con precisión la posición de las piernas. Las pruebas también establecieron que su sistema podía calcular los movimientos separados de las piernas y las placas del exoesqueleto, lo que permitía a los investigadores mostrar cuán alineados estaban los dos mientras se movían.

Para adaptar el método para usarlo en la pierna de una persona real, el equipo diseñó e imprimió en 3D artefactos ajustables que, como una rodillera, se ajustan al muslo y la espinilla del usuario. A diferencia de la piel, que se mueve debido a su propia elasticidad y los músculos que se contraen debajo, o la ropa ceñida que puede ser incómoda para algunos, estos artefactos ofrecen una superficie rígida para colocar marcadores de manera estable y consistente en diferentes personas. El equipo montó los artefactos de rodilla y un exoesqueleto de cuerpo completo adornado con marcadores reflectantes en un sujeto humano. Con la OTS observando, el sujeto realizó varias series de sentadillas. Las pruebas mostraron que la mayor parte del tiempo, la pierna del sujeto y el exoesqueleto se movían en armonía. Pero por breves momentos, el cuerpo del sujeto se movió mientras que el exoesqueleto no. Estas pausas podrían explicarse por la forma en que funciona este exoesqueleto.

Para proporcionar fuerza adicional, utiliza resortes, que se activan y desactivan a medida que la persona se mueve. El exoesqueleto se detiene cuando los resortes cambian de modo, resistiendo temporalmente el movimiento del usuario. Al detectar los matices de la función del exoesqueleto, el nuevo método de medición demostró su atención al detalle.

Los datos sin procesar por sí solos no siempre revelan si un ajuste es adecuado. Para mejorar la precisión de su método, el equipo también utilizará algoritmos computacionales para analizar los datos posicionales. Los próximos pasos son desarrollar artefactos para el brazo, la cadera y, básicamente, todas las articulaciones con las que se supone que el exoesqueleto está alineado y luego realizar pruebas similares.