Un grupo de científicos del Instituto de Tecnología de Georgia y de la Universidad de Emory ha descubierto que los exoesqueletos convencionales para tobillos a veces no tienen ningún efecto a la hora de mantener el equilibrio mientras se está de pie. Según los investigadores, las ayudas robóticas al movimiento reaccionan demasiado tarde. Por el contrario, tienen que intervenir antes de que el ser humano reaccione para poder restablecer el equilibrio tras una perturbación.
En el estudio "Los exoesqueletos necesitan reaccionar más rápido que las respuestas fisiológicas para mejorar el equilibrio en bipedestación", publicado en Science Robotics, el equipo de investigadores investigó hasta qué punto los exoesqueletos de tobillo tienen algún efecto a la hora de ayudar a las personas mayores y con discapacidades físicas a mejorar su equilibrio para no caerse.
El examen de un par de botas con exoesqueleto de tobillo comercializadas por Dephy, que se utilizó como representante de la tecnología actual, causó desilusión. Esto se debe a que el apoyo del exoesqueleto, que se activa con un retraso fisiológico, no ayudaba a la persona a recuperar el equilibrio al ponerse de pie tras una perturbación.
El equipo lo probó con varios sujetos de prueba. Tenían que permanecer de pie sobre una plataforma móvil con las botas del exoesqueleto atadas, que se movía bruscamente para perturbar el equilibrio de los participantes mientras estaban de pie. Los científicos lo probaron en tres condiciones diferentes: completamente sin apoyo del exoesqueleto, con apoyo retardado del exoesqueleto a la respuesta natural del cuerpo, y apoyo que entraba en acción más rápido que la respuesta física del cuerpo.
El vídeo muestra cómo se compensan los efectos de los trastornos del equilibrio con botas exoesqueleto.
Generalmente, estos exoesqueletos se controlan mediante señales fisiológicas del usuario, por ejemplo, mediante la actividad muscular o cerebral. Por ejemplo, se mide la actividad muscular alrededor del tobillo. Cuando el músculo se tensa, el exoesqueleto se activa. El sistema de control "roba" la reacción humana, por así decirlo, y simplemente la superpone.
Se necesita una reacción más rápida
Como descubrió el equipo científico, esto no es suficiente cuando se altera el equilibrio al estar de pie. El exoesqueleto se activa demasiado tarde por las propias reacciones del cuerpo. Los enfoques anteriores de este tipo de control del exoesqueleto no son adecuados para mantener el equilibrio mientras se está de pie. Según los científicos, el cuerpo tarda unos 150 milisegundos en reaccionar ante una pérdida de equilibrio. En este lapso de tiempo, el exoesqueleto debe reaccionar para poder seguir contrarrestando.advertisement
Los científicos se dieron cuenta de ello con acelerómetros electrónicos, como los que se utilizan en los smartphones. Con ellos, determinaron la perturbación y pudieron así desencadenar una reacción más rápida de las botas exoesqueleto. Pero aquí también surgieron problemas, porque el apoyo rápido artificial se superponía entonces al movimiento inicial del tobillo y también lo perturbaba. Con un control activo adicional a través del músculo, la desestabilización era aún mayor. Sin embargo, el apoyo rápido por sí solo supuso una mejora: el 9% de las mayores perturbaciones pudieron compensarse sin que las personas de prueba tuvieran que realizar una embestida.
Basándose en los resultados, el equipo está seguro de que una combinación de sensor global y sensor de tobillo no funciona debido al retardo entre ambos. Los investigadores apoyan así las teorías de los años 70 según las cuales las señales fisiológicas globales son más adecuadas para hacer predicciones sobre el comportamiento del equilibrio que las señales locales del tobillo o la pierna. Sin embargo, esto por sí solo no es suficiente, como demuestran los resultados. El equipo supone que los enfoques de aprendizaje automático podrían ayudar a detectar las perturbaciones y reaccionar ante ellas en una fase temprana.