¿Qué son los exoesqueletos y cómo funcionan?
Los exoesqueletos a menudo se representan en películas de ciencia ficción y ahora se utilizan en la vida real. Ya son comunes en algunas industrias, como la construcción y la medicina, y sus aplicaciones son numerosas.
Entonces, ¿para qué se utilizan exactamente? ¿Y cómo funcionan los exoesqueletos? En este artículo, veremos algunos de los exoesqueletos que se utilizan actualmente.
¿Qué son los exoesqueletos?
Los exoesqueletos son básicamente máquinas portátiles que proporcionan capacidades de aumento humano . Dependiendo de su función, un exoesqueleto puede estar hecho de materiales duros (como plástico o metal) o materiales blandos (como tela). Además, algunos pueden ser motorizados o eléctricos, y otros son simplemente mecánicos y sin alimentación.
Más comúnmente, un exoesqueleto mejora las capacidades del usuario de alguna manera. Hay varios usos para los exoesqueletos, que incluyen:
- Aumento de la fuerza y la productividad.
- Reducir la fatiga.
- Minimizando las lesiones.
- Proporcionando ayuda.
- Función de retorno (en caso de parálisis o lesión).
¿Cómo funcionan los exoesqueletos?
Dependiendo del tipo y función del exoesqueleto, pueden funcionar de manera muy diferente. Las dos categorías generales de exoesqueletos son los exoesqueletos mecánicos y motorizados, que describiremos a continuación.
Exoesqueletos pasivos
Los exoesqueletos pasivos no tienen energía y funcionan principalmente de forma mecánica al redistribuir el peso de una parte del cuerpo a otra. Una forma común de trabajar es tomando el peso de los brazos y los hombros y distribuyéndolo a los músculos centrales o de las piernas. De esta manera, los brazos se fatigan menos y el peso se distribuye más, lo que reduce las posibilidades de tensión y lesiones.
Exoesqueletos motorizados
Los exoesqueletos eléctricos, por otro lado, pueden agregar fuerza y función al usuario. Sin embargo, debido a que tales exoesqueletos requieren energía, generalmente son más pesados y voluminosos para permitir el hardware y las baterías. También necesitan recargarse y pueden tener una vida útil corta de la batería, lo que puede ser una desventaja en las industrias de ritmo rápido.
Tipos de exoesqueletos
Ya hay varios exoesqueletos en uso. Muchos de ellos pertenecen a la industria de la construcción y están diseñados para mejorar la productividad y la seguridad de los trabajadores.
Guantes de poder
Los guantes eléctricos como el Bioservo Ironhand detectan las acciones de un usuario a través de sensores en el guante. Cuando el guante detecta que el usuario está a punto de agarrar un objeto, Ironhand aumenta la fuerza de agarre del usuario. La fuerza varía según el peso detectado del objeto.
Soporte de la parte superior del cuerpo
Los exoesqueletos diseñados para soportar la parte superior del cuerpo redistribuyen el peso de los brazos y los hombros a otras partes del cuerpo, incluido el núcleo y las piernas. Esto reduce la tensión y la fatiga asociadas con las actividades aéreas como levantar, enyesar, cortar y perforar.
Por lo general, estos funcionan proporcionando un marco de metal que rodea el pecho o el núcleo. A partir de esto, una varilla de metal (u otra tecnología de distribución de peso, como poleas o resortes) se extiende hasta los brazos, proporcionando un contrapeso para la carga de trabajo.
Un ejemplo de esto es el exoesqueleto de fuselaje de Levitate Technology . El fuselaje utiliza un sistema de poleas para reducir el esfuerzo hasta en un 80% al realizar tareas por encima de la cabeza. Las poleas se activan cuando el usuario levanta los brazos y se sueltan gradualmente a medida que los baja. Otro ejemplo es el de la asistencia sanitaria, donde se utiliza un prototipo de traje para ayudar a las enfermeras a subir y bajar a los pacientes de la cama .
Soporte para estar de pie y agachado
Cuando un usuario se agacha, un exoesqueleto de la parte inferior del cuerpo se bloquea en su lugar para soportar el peso de su cuerpo de modo que sus piernas y rodillas no tengan que hacer ningún trabajo. También permite a los trabajadores sentarse y quitarse el peso de las piernas, lo cual es importante para quienes están de pie durante muchas horas.
El legX de suitX es un ejemplo de un exoesqueleto de apoyo agachado. Viene con botas de trabajo personalizadas y opciones de cinturón de herramientas y usa sensores para detectar cuando el usuario está agachado, de pie o caminando, brindando apoyo según sea necesario.
Exoesqueletos de cuerpo completo
Los exoesqueletos de cuerpo completo, como su nombre lo indica, brindan soporte a todo el cuerpo. Un ejemplo es el suitX que quita el peso del usuario cuando se inclina, levanta objetos por encima de la cabeza, se agacha o simplemente se pone de pie. El suitX utiliza resortes de aire comprimido y mecanismos de asistencia.
Se están desarrollando varios exoesqueletos, que brindan movimiento de regreso a las personas discapacitadas y lesionadas (como aquellas con derrames cerebrales o lesiones en la columna que han perdido la capacidad de mover sus cuerpos).
De hecho, ya existen algunos exoesqueletos de la parte inferior del cuerpo que proporcionan esta función. En el ámbito de la atención médica, estos exoesqueletos eléctricos permiten a los pacientes cargar con su peso y caminar una vez más. Algunos de estos funcionan tomando la actividad cerebral y traduciéndola en movimiento (controlando el exoesqueleto con la mente).
Desafíos y limitaciones de los exoesqueletos
Hay varios desafíos que superar antes de que los exoesqueletos se vuelvan más útiles, baratos y comunes.
Fuente de alimentación
Un exoesqueleto motorizado requiere una fuente de energía. Hacer que los cables salgan de un exoesqueleto crea un problema de seguridad y eficiencia, por lo que las baterías son mucho más adecuadas. Pero las baterías requieren carga y reemplazo frecuente. Las baterías también agregan un peso significativo al exoesqueleto, lo que puede complicar su diseño y efectividad. Esto significa que es posible que necesitemos avances significativos en la tecnología de baterías para obtener exoesqueletos viables de alta potencia.
La empresa de desarrollo de exoesqueletos, Sarcos, está trabajando en el Guardian XO, que puede funcionar por debajo de los 500 vatios (mucho menos que la mayoría de los competidores) durante más de 8 horas y reemplazar sus baterías sin apagar el exoesqueleto.
Materiales y peso
Otro desafío importante es encontrar materiales fuertes pero livianos que el exoesqueleto no tenga que trabajar para levantar su propio peso, al mismo tiempo que sean asequibles. La fibra de carbono y materiales similares suelen ser lo suficientemente fuertes y livianos, pero bastante costosos. El acero, aunque es lo suficientemente fuerte, a menudo es demasiado pesado y reduce o arruina la eficiencia de un exoesqueleto.
Flexibilidad y actuación conjunta
Finalmente, un exoesqueleto necesita moverse con el cuerpo humano y proporcionar fuerza o apoyo. Esto significa que debe tener articulaciones que coincidan con el rango de movimiento de las extremidades humanas (y la columna vertebral) y, al mismo tiempo, ser lo suficientemente poderosas para hacer su trabajo. ¡Esto es más difícil de lo que parece a primera vista!
Los exoesqueletos blandos son mucho mejores que los exoesqueletos duros en cuanto a flexibilidad, pero brindan mucho menos apoyo (hasta ahora). Y hay varias tecnologías que se utilizan para proporcionar la potencia detrás de las articulaciones. Un ejemplo interesante es el músculo del aire neumático que funciona de manera muy similar a los músculos humanos, excepto que usa aire presurizado.
El futuro del trabajo
A medida que los exoesqueletos se vuelven más avanzados, es probable que veamos que se vuelven mucho más comunes en varias industrias. Ya son bastante comunes en las industrias de la construcción, el automóvil y la agricultura, donde ayudan a los trabajadores a levantar más durante más tiempo con una menor posibilidad de tensión y otras lesiones.
Es probable que otras industrias, incluida la atención médica y el ejército, vean varias aplicaciones de exoesqueletos en un futuro próximo. Por ejemplo, es probable que los exoesqueletos se utilicen para restaurar la función a las víctimas de parálisis y lesiones y mejorar a los soldados en el campo.