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¿Podría este exoesqueleto de tobillo ayudar a los sobrevivientes de accidentes cerebrovasculares con problemas de movilidad?
Investigadores de la Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh, Pensilvania y la Universidad Estatal de Carolina del Norte en Raleigh afirman que un "exoesqueleto de tobillo" que han desarrollado reduce el costo metabólico de caminar en un 7%, aproximadamente el equivalente a quitar una mochila de 10 lb. Lo que es más, el dispositivo está completamente desconectado.
El equipo tiene la intención de probar el exoesqueleto entre una gente con una variedad de problemas de movilidad, para que puedan adaptar mejor los diseños a diferentes grupos de pacientes.
Crédito de la imagen: Stephen Thrift
Las simulaciones previas de la locomoción humana, el acto de caminar, han sugerido que cuando caminamos en terreno nivelado ya una velocidad constante, teóricamente, no debería haber ningún gasto de poder en absoluto. Pero los científicos también saben que las personas gastan más energía al caminar que en cualquier otra actividad diaria.
Como este gasto de energía puede causar problemas a personas mayores o personas con problemas de movilidad, los científicos han estado preocupados por tratar de diseñar exoesqueletos que faciliten la marcha, pero la barrera constante para darse cuenta de esto ha sido la dificultad de cómo mejorar el caminar sin agregando una fuente de poder externa.
Otro problema con el diseño de dicho dispositivo fue que la colocación de objetos pesados ??en las piernas crea una penalización inicial que aumenta el gasto de energía.
En consecuencia, muchos ingenieros, que habían luchado con el concepto durante décadas, estaban convencidos de que tal proyecto era imposible.
Los investigadores tardaron 8 años en resolver un problema que tiene más de 100 años
Aunque este tipo de ingeniería ha recorrido un largo camino desde la década de 1890, cuando los inventores trataron por primera vez de aumentar la eficiencia de la marcha mediante el uso de bandas elásticas, los modelos actuales de exoesqueleto sin potencia no han podido reducir el gasto de energía. Los biomecánicos aún no están seguros de si las famosas "cuchillas" que usan los atletas discapacitados como Oscar Pistorius son más eficientes energéticamente que los pies humanos.
Ahora, en el diario Naturaleza, los investigadores de Carnegie Mellon y NC State describen cómo pasaron 8 años desarrollando su nuevo exoesqueleto no potenciado, que fue concebido por primera vez en una pizarra por los coautores Steve Collins y Greg Sawicki mientras estudiaban juntos en la Universidad de Michigan en 2007 .
Collins, un profesor asistente de ingeniería mecánica en Carnegie Mellon, dice:
"Caminar es más complicado de lo que piensas. Todos saben cómo caminar, pero en realidad no sabes cómo caminas".
La clave del éxito del nuevo proyecto fue la atención cuidadosa que los investigadores prestaron a cómo un dispositivo podría aliviar el músculo de la pantorrilla cuando no estaba involucrado en un trabajo productivo.
El equipo estaba interesado en estudios de imágenes por ultrasonido que revelaron que el músculo de la pantorrilla no solo emite energía cuando impulsa al cuerpo hacia adelante, sino también cuando mantiene el tendón de Aquiles tenso, como los investigadores lo asemejan a una "acción de embrague".
Cómo resolver el problema del músculo de la pantorrilla constantemente produciendo fuerza
"Los estudios demuestran que los músculos de la pantorrilla producen fundamentalmente fuerza isométricamente, sin hacer ningún trabajo, durante la fase de apoyo de la marcha, pero que aún consumen una cantidad sustancial de energía metabólica", explica Collins. "Esto es lo opuesto al frenado regenerativo. Es como si cada vez que pisas el pedal de freno de tu automóvil, quemas un poco de gas".
Por lo tanto, Collins, Sawicki y su colega M. Bruce Wiggin diseñaron su exoesqueleto para "descargar" algo de la fuerza muscular de la pantorrilla, que encontraron redujo la tasa metabólica general. Para reducir la penalización de la energía de colocar objetos pesados ??sobre las piernas, diseñaron el exoesqueleto con fibra de carbono ultra ligera, pero "resistente y funcional".
Puedes ver el exoesqueleto en acción en el siguiente video.
Collins cree que el exoesqueleto podría ser particularmente beneficioso para las personas con secuelas permanentes de apoplejía. "Todavía estamos un poco lejos de hacer eso", admite, "pero ciertamente planeamos intentarlo".
El equipo tiene la intención de probar el exoesqueleto entre una gente con una variedad de problemas de movilidad, para que puedan adaptar mejor los diseños a diferentes grupos de pacientes.
"A medida que comprendemos mejor la biomecánica humana, comenzamos a ver dispositivos robóticos portátiles que pueden restaurar o mejorar el rendimiento del motor humano", dice Collins. "Esto es un buen augurio para el futuro con dispositivos livianos, eficientes en el uso de la energía y relativamente económicos, pero que mejoran la movilidad humana".
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