Método Óptico Revolucionario Garantiza Ajuste Perfecto y Seguridad del Exoesqueleto

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 lleva se mueven suave y armoniosamente.

El método es un sistema de seguimiento óptico (OTS) no muy diferente de las técnicas de captura de movimiento usadas por cineastas para dar vida a personajes generados por computadora. El OTS usa cámaras especiales que emiten luz y capturan lo que reflejan marcadores esféricos colocados 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, ponerle el exoesqueleto, comparar la diferencia entre la persona con los artefactos versus el exoesqueleto, y ver si se mueven en conjunto. Si se mueven de manera diferente o no está bien ajustado, se pueden hacer ajustes.

Los investigadores apuntaron a 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 prueba. Una presentaba una rodilla protésica comercial, mientras que la otra incorporaba una rodilla impresa en 3D que imitaba más de cerca la real. Placas metálicas también se sujetaron a las piernas con cuerdas elásticas para representar extremidades exoesqueléticas o artefactos de prueba adheridos al cuerpo. Tras fijar marcadores a las piernas y placas, el equipo usó el OTS y un transportador digital para medir ángulos de rodilla a lo largo de todo su rango de movimiento. Al comparar los dos conjuntos de mediciones, pudieron determinar que su sistema era capaz de rastrear con precisión la posición de la pierna. Las pruebas también establecieron que su sistema podía calcular los movimientos separados de las piernas y placas exoesqueléticas, permitiendo a los investigadores mostrar cuán alineados están ambos mientras se mueven.

Para adaptar el método a una pierna real, el equipo diseñó e imprimió en 3D artefactos ajustables que —como una rodillera— se ajustan al muslo y la pantorrilla del usuario. A diferencia de la piel, que se desplaza por su elasticidad y músculos contraídos debajo, o ropa ajustada que puede ser incómoda, estos artefactos ofrecen una superficie rígida para colocar marcadores de forma 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 el 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 en breves momentos, el cuerpo del sujeto se movía mientras el exoesqueleto no. Estas pausas podrían explicarse por la forma en que funciona este exoesqueleto.

Para proporcionar fuerza extra, usa resortes, que se enganchan y desenganchan a medida que la persona se mueve. El exoesqueleto hace una pausa 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 brutos por sí solos no siempre revelan si un ajuste es adecuado. Para mejorar la precisión de su método, el equipo también usará 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 debe alinearse y luego realizar pruebas similares.