Una rodillera disponible comercialmente en la Universidad de Michigan y un conjunto de exoesqueleto de rodilla construido con motores de drones ayudan a combatir la fatiga durante las tareas de levantamiento y transporte. Los investigadores dicen que ayudaron a los usuarios a mantener mejores patrones de levantamiento incluso cuando estaban fatigados, lo cual es un factor clave en la defensa contra lesiones en el trabajo.
“En lugar de arquear directamente la espalda y renunciar a la forma adecuada de elevación, fortalecemos las piernas para mantenerla”, dijo Robert Gregg, profesor de robótica de la UM y autor correspondiente del estudio. Robótica científica. “Es diferente de lo que se suele hacer en la industria”.
Los trabajadores que levantan objetos con regularidad, como en la construcción y la manufactura, ya pueden usar aparatos ortopédicos para la espalda. Los exoesqueletos de espalda, que utilizan resortes o motores para ayudar a levantar objetos, son una tecnología emergente. Pero los dispositivos de soporte para la espalda suponen un levantamiento o flexión inseguro, y los exoesqueletos de la espalda son dispositivos engorrosos que deben inmovilizarse para permitir movimientos que no son parte de la tarea de levantamiento, dijo Gregg.
El equipo de Michigan dice que sus exoesqueletos de rodilla son los primeros en soportar los músculos cuádriceps, que proporcionan la mayor parte de la fuerza en el levantamiento de sentadillas de forma segura, al tiempo que son menos intrusivos para proteger a los trabajadores de lesiones en la espalda. Los participantes del estudio los probaron con tareas de levantamiento y transporte usando una pesa rusa de 20 libras.
Las tareas incluyen levantar pesas del suelo y volver a bajarlas, y levantar y transportar pesas en terreno nivelado, subir y bajar escaleras. El estudio encontró que después de la fatiga, los participantes mantuvieron una mejor postura con la ayuda del exoesqueleto y también se levantaron más rápido: solo un 1% más lento que su ritmo previo a la fatiga, frente a un 44% sin la ayuda del exoesqueleto.
“Esto es especialmente importante cuando un trabajador tiene que seguir el ritmo de una cinta transportadora. Normalmente, cuando un trabajador está cansado, mantiene ese ritmo, pero con una postura comprometida. “Él dobla más la espalda, y ahí es cuando las lesiones ocurren”. más probable”, afirmó Nikhil Devikar, investigador postdoctoral en robótica de la UM y primer autor del estudio.
Los participantes también sintieron el beneficio: básicamente dijeron que estaban bastante o muy satisfechos, excepto al caminar en terreno llano, en el que estaban más o menos satisfechos. Se realiza con la pequeña cantidad de apoyo que requiere el cuádriceps durante esta tarea relativamente simple. Greg lo consideró suficiente apoyo para contrarrestar el peso del exoesqueleto.
Una de las cosas que hace que el exoesqueleto sea tan portátil son los motores y la forma en que están desarrollados, lo que permite a los usuarios mover las rodillas libremente para lograr un paso natural. El segundo es el software, que predice qué tipo de apoyo necesita un usuario midiendo el ángulo de la articulación de la rodilla, la dirección del muslo y la parte inferior de la pierna y la fuerza captada por los sensores en el zapato del usuario.
Con estas tres medidas de ambas piernas, es posible determinar qué movimiento intenta realizar el usuario y cuánto apoyo darle. Estas mediciones se tomaron 150 veces por segundo, lo que permitió a los exos moverse sin problemas entre actividades.
Este enfoque contrasta con muchos controladores exo, que siguen patrones predefinidos para un conjunto limitado de tareas. Cambiar de tarea puede ser un problema para estos controladores, dijo Gregg, y pueden tomar un segundo completo para descubrir qué está tratando de hacer el usuario.
“Si tu exo intenta subir y tú intentas bajar, eso podría ser un problema, ¿verdad?” dijo.
El nuevo controlador también combina un modelo físico con aprendizaje automático, lo que evita que el exoesqueleto se mueva de manera impredecible si el usuario comienza a comportarse de manera diferente a cualquier actividad incluida en los datos de entrenamiento del controlador.
Los prototipos de laboratorio cuestan alrededor de 4.000 dólares por par, por lo que Greg estima que los exoesqueletos costarían alrededor de 2.000 dólares por par si se produjeran a escala.
Los 10 participantes del estudio, cinco mujeres y cinco hombres, realizaron todas las tareas en dos días diferentes, un día frescos y el otro fatigados. Para inducir la fatiga, cada participante realizó una serie de levantamientos de sentadillas con una pesa rusa hasta que pudieron continuar sin un largo descanso entre repeticiones. Todos los participantes tenían experiencia con la técnica adecuada de levantamiento de sentadillas.
El estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud.
El equipo ha solicitado protección de patente con la ayuda de UM Innovation Partnerships y está buscando socios para llevar la tecnología al mercado.
