Um grupo de cientistas do Instituto de Tecnologia da Geórgia e da Universidade Emory descobriu que os exoesqueletos convencionais para tornozelos por vezes não têm qualquer efeito quando se trata de manter o equilíbrio em pé. De acordo com os investigadores, os auxiliares de movimento robóticos reagem demasiado tarde. Em vez disso, têm de intervir antes de o ser humano reagir para poderem recuperar o equilíbrio após uma perturbação.
No estudo "Exoskeletons need to react faster than physiological responses to improve standing balance", publicado na revista Science Robotics, a equipa de investigação investigou até que ponto os exoskeletons de tornozelo têm algum efeito para ajudar as pessoas mais velhas e com deficiências físicas a melhorar o seu equilíbrio para não caírem.
O exame de um par de botas de exoesqueleto de tornozelo disponíveis no mercado, da Dephy, que foi utilizado como representante da tecnologia atual, causou desilusão. Isto porque o suporte do exoesqueleto, que é ativado com um atraso fisiológico, não ajudou a pessoa a recuperar o equilíbrio quando se levanta após uma perturbação.
A equipa testou isto com vários sujeitos de teste. Tinham de se colocar numa plataforma móvel com as botas de exoesqueleto presas, que era movida abruptamente para perturbar o equilíbrio dos participantes enquanto estavam de pé. Os cientistas experimentaram isto em três condições diferentes: completamente sem apoio do exoesqueleto, com um apoio retardado do exoesqueleto em relação à resposta natural do corpo e um apoio que se iniciou mais rapidamente do que a resposta física do corpo.
O vídeo mostra como os efeitos dos distúrbios de equilíbrio são compensados por botas de exoesqueleto.
Geralmente, esses exoesqueletos são controlados por sinais fisiológicos do utilizador - por exemplo, pela atividade muscular ou cerebral. Por exemplo, a atividade muscular à volta do tornozelo é medida. Quando o músculo está tenso, o exoesqueleto é ativado. O sistema de controlo "rouba" a reação humana, por assim dizer, e simplesmente sobrepõe-na.
É necessária uma reação mais rápida
Como a equipa científica descobriu, isto não é suficiente quando o equilíbrio é perturbado quando se está de pé. O exoesqueleto é ativado demasiado tarde pelas reacções do próprio corpo. As abordagens anteriores deste tipo de controlo do exoesqueleto não são adequadas para manter o equilíbrio em pé. De acordo com os cientistas, o corpo demora cerca de 150 milissegundos a reagir a uma perda de equilíbrio. Neste espaço de tempo, o exoesqueleto tem de reagir para poder contrariar a situação.
Os cientistas perceberam isso com acelerómetros electrónicos, como os utilizados nos smartphones. Com eles, determinaram a perturbação e puderam assim desencadear uma reação mais rápida das botas de exoesqueleto. Mas também aqui surgiram problemas, porque o apoio artificial rápido se sobrepôs ao movimento inicial do tornozelo e também o perturbou. Com o controlo ativo adicional através do músculo, a desestabilização foi ainda maior. No entanto, o apoio mais rápido, por si só, trouxe uma melhoria: 9% das perturbações maiores puderam ser compensadas sem que as pessoas testadas tivessem de dar um salto.
Com base nos resultados, a equipa tem a certeza de que uma combinação de sensor global e sensor de tornozelo não funciona devido ao atraso entre os dois. Os investigadores apoiam assim as teorias dos anos 70, segundo as quais os sinais fisiológicos globais são mais adequados para fazer previsões sobre o comportamento de equilíbrio do que os sinais locais do tornozelo ou da perna. No entanto, só isso não é suficiente, como mostram os resultados. A equipa parte do princípio de que as abordagens de aprendizagem automática podem ajudar a detetar e a reagir a perturbações numa fase precoce.