Desarrollos en el campo de la biomecánica.
El exoesqueleto HULC (Sistema de Carga Universal Humana) de Lockheed Martin fue creado para uso intensivo en todo tipo de terreno. Refleja bastante bien la biomecánica humana, que permite al propietario agacharse, arrastrarse, caminar y correr sin problemas
Cuando los soldados de infantería transportan cargas, manipulan equipos y armas, superan terrenos difíciles, demuestran movilidad, velocidad de ejecución y resistencia en una combinación que ningún vehículo puede superar. Sin embargo, el ritmo con el que los soldados se están desmovilizando por razones de salud del ejército como resultado de las lesiones musculoesqueléticas indica que las demandas físicas de sus cuerpos se están acercando y, a menudo, superan lo que podrían resistir objetivamente. Por lo tanto, hoy en día es más importante que nunca formar una comprensión profunda de la biomecánica del cuerpo humano. Se están llevando a cabo investigaciones en todo el mundo que utilizan el conocimiento y la experiencia acumulados en la creación de sistemas portátiles que funcionan con biomecánica humana para reducir el riesgo de lesiones, aumentar la productividad y mitigar los daños que causan discapacidades.
La comprensión de las capacidades y limitaciones del cuerpo humano ha jugado un papel importante en la ergonomía y ha hecho que todos los tipos de vehículos y máquinas sean más seguros, fáciles y eficientes para trabajar y, a medida que avanzan la ciencia y la tecnología, esta interfaz hombre-máquina es cada vez más y más amable. La última encarnación de esto es la fusión de personas y robots en nuevas entidades cyborg es uno de los temas más populares de la ciencia ficción y está más cerca de la realidad científica de lo que uno podría pensar.
La realidad de los cyborgs.
Entre los trabajos de investigación en el campo de la biomecánica se pueden destacar los famosos experimentos innovadores con implantes, realizados por el profesor de cibernética Kevin Warwick de la Universidad de Reading, que se utilizó a sí mismo como conejillo de indias. En el proyecto Cyborg 1 en 1998, el médico general implantó un transmisor de radio con una longitud de 23 mm y un diámetro de 3 mm (en realidad, un dispositivo de identificación por radiofrecuencia RFID) en su mano izquierda. Esta implantación se realizó por primera vez. En un experimento exitoso de nueve días a la orden del interrogador, el implante emitió una señal codificada que se usó para abrir puertas, encender y apagar luces, calefactores y computadoras.
Como parte del proyecto Cyborg 2 en 2002, un grupo de neurocirujanos del hospital de Oxford se sometió a una operación compleja para implantar quirúrgicamente las fibras nerviosas medianas del implante del profesor Warwick con una matriz mucho más compleja de electrodos de 100. Desarrollado por un equipo liderado por el Dr. Mark Gasson, la tecnología de implantes le permitió a Warwick controlar una silla de ruedas eléctrica y un brazo artificial "inteligente". El implante podría medir las señales nerviosas en la mano y crear una sensación artificial al estimular los nervios con electrodos de matriz individuales. La esposa del profesor Warwick también aceptó participar en el experimento, y se le implantó el mismo implante en la mano, lo que permitió a la pareja demostrar la funcionalidad bidireccional de esta tecnología.
Si bien este trabajo demostró la capacidad del sistema nervioso para controlar un dispositivo mecánico que imita la biomecánica humana, otro trabajo demostró cómo los implantes eléctricos pueden ayudar a superar el daño al sistema nervioso que antes se creía imposible corregir. El Dr. Harkem de la Universidad de Louisville mostró cómo un implante relativamente simple puede restaurar el movimiento a pesar del daño "total" a la médula espinal. Usando solo el estimulador epidurial (fuera de la duramadre) de contacto con 16 para aliviar el dolor, la Dra. Harkem y su equipo recuperaron la sensibilidad, el movimiento y la capacidad de pararse en un hombre que estaba paralizado cinco años debajo de su pecho después de un accidente en motocross 16 años. Con el estimulador encendido, Kent Stevenson podría mover sus piernas y tobillos a su propia discreción y defenderse por sí mismo, habilidades que mejoran con la práctica intensiva. El implante estimula los nervios sanos ubicados más abajo en la médula espinal, en lugar de corregir o eliminar los trastornos de la médula espinal.
Irritantes espinales
“Hemos sabido durante muchas décadas, casi un siglo, que en todas las demás especies biológicas, la médula espinal es un sistema muy complejo y en realidad controla todos los aspectos de la locomoción (un conjunto de movimientos coordinados a través de los cuales un objeto se mueve en el espacio). Pero se creía que cuando la gente evolucionaba y conseguíamos nuestro fantástico cerebro, supuestamente se hizo cargo de todo el control, dice el Dr. Harkem. - Por lo tanto, mi investigación realmente se centró en si la médula espinal humana proporciona estas cualidades y descubrió que realiza estas funciones. Y significa para una persona con lesiones en la médula espinal que incluso si hay una "apertura" completa y obvia con el cerebro, podemos hacer mucho con lo que queda en el sistema nervioso ".
"Puede resultar que todos los movimientos estén controlados a nivel de la médula espinal", continúa el Dr. Harkema, argumentando que el cerebro emite comandos de nivel superior en lugar de controlar todos los movimientos en detalle y que señales muy débiles deben pasar por el daño o evitarlo. "A medida que continuamos el proceso de capacitación de estas personas, la intensidad de la estimulación que necesitamos disminuye, por lo que creemos que el sistema nervioso se adapta".
Si bien los dispositivos biomecánicos y bioelectrónicos son cada vez más efectivos cuando se utilizan prótesis e implantes que aumentan las capacidades físicas de las personas con discapacidades, el potencial de las tecnologías relacionadas y relacionadas para mejorar las capacidades humanas se explora con mayor entusiasmo. La manifestación más emocionante de esto es el exoesqueleto y sus exocostutas familiares, que representan un área relativamente nueva de "robotización suave".
Ascenso de las máquinas
Los exoesqueletos le permiten a una persona levantar y transportar cargas pesadas, moverse más rápido y mantener el rendimiento con tales cargas que, de lo contrario, no se puede levantar sin ayuda. Los exoesqueletos pasivos (o sin una fuente de energía) permiten al usuario soportar cargas pesadas sin tensión, pero no imparten ninguna potencia adicional. Lockheed Martin y Raytheon eran muy activos en la tecnología de exoesqueleto militar. El primero de ellos desarrolló el sistema HULC (Human Universal Load Carrier - construcción de portador universal para humanos) con batería, que fue evaluado por el Ejército de los EE. UU. Para su uso en condiciones de combate. El segundo sistema FORTIS sin fuente de alimentación está diseñado para uso industrial. Un proyecto para probar el concepto experimental de la compañía Raytheon XOS 1 resultó en un sistema para todo el cuerpo, que fue designado XOS 2.
18 de agosto 2014, Lockheed Martin anunció que había recibido un contrato del Centro Nacional de Ciencias Tecnológicas para la evaluación de dos exoesqueletos FORTIS por parte de la Infantería de Marina. El objetivo principal de estos trabajos es el desarrollo de tecnología y la organización de su transición a la base industrial del Ministerio de Defensa, realizando pruebas y evaluando el uso de este sistema cuando se trabaja con herramientas de mano en los astilleros de la Armada de Estados Unidos.
El exoesqueleto pasivo FORTIS consiste en una faja pélvica rígida que transfiere grandes cargas al suelo a través de las piernas articuladas, lo que, entre otras cosas, permite al usuario caminar normalmente. Un brazo con bisagras fijado a la correa pélvica soporta el peso de herramientas manuales pesadas, lo que permite al usuario trabajar con ellas durante mucho tiempo con un mínimo de fatiga. Desde el punto de vista técnico, las bisagras del brazo con resorte se parecen a las del brazo humano, de modo que el usuario puede moverse normalmente.
"El mantenimiento de embarcaciones a menudo requiere herramientas pesadas, como rectificadoras, martillos de remachado o máquinas de arenado", dijo Adam Miller, jefe de las nuevas direcciones en Lockheed Martin Missiles and Fire Control. Estas herramientas toman mucho poder de los operadores debido a su peso y las condiciones restringidas en las que a veces tienen que trabajar. Al usar el exoesqueleto FORTIS, los operadores pueden trabajar con instrumentos pesados durante un largo período de tiempo, mientras que su fatiga disminuye significativamente ".
FORTIS le permite al propietario trabajar mientras está de pie o arrodillado, mientras que el brazo zeroG desarrollado por Equipois, una compañía de los EE. UU., Le permite manipular "sin esfuerzo" herramientas u otros artículos que pesen hasta 16,3 kg. La empresa Lockheed Martin declara una disminución en la fatiga muscular en un 300% y un aumento en la productividad laboral de dos a 27.
La revisión ha adaptado su tecnología de exoesqueleto para uso en el comando estadounidense de TALOS (traje de operador liviano de asalto táctico - un kit de luz para fuerzas especiales) utilizando fuerzas de operaciones especiales. Otro sistema PROWLER fue desarrollado por la firma canadiense B-tema y sirve como un exoesqueleto de las extremidades inferiores.
El exoesqueleto XOS 2 de Raytheon se alimenta desde una fuente externa, por lo que está atado a un vehículo, pero la compañía anunció que está desarrollando una opción de cuerpo inferior que ya tendrá su propia batería.
Vieja idea, nueva tecnología.
El trabajo en exoesqueletos activos (con su propia fuente de suministro de energía) para los militares ha estado en curso durante más de una década. Los primeros ejemplos incluyen la colaboración entre General Electric y la Oficina de Investigación Naval para desarrollar un dispositivo llamado HARDIMAN. Esta cooperación comenzó en 1965 como un programa conjunto del ejército y flota. Tal vez se inspiró en los trajes que vestían los soldados de infantería en la novela de ciencia ficción de 1959 de Robert Heinlein, Star Troopers. Diseñado para tareas como cargar armas y otros trabajos pesados a bordo de portaaviones, el HARDIMAN podría levantar cargas que pesen 680,3 kg; sin embargo, hubo retroalimentación de poder para permitir que el operador sintiera lo que estaba sucediendo. Sin embargo, el HARDIMAN también pesó 600 kg y los retrasos en su sistema de control lo hicieron poco práctico.
El exoesqueleto XOS 2 de Raytheon se asemeja mucho al concepto HARDIMAN, de acuerdo con el cual está destinado a trabajo logístico, pero al mismo tiempo las tecnologías modernas lo hacen significativamente más práctico. Su configuración de tamaño completo incluye manos con accionamientos hidráulicos que permiten al usuario levantar 90,7 kg varios cientos de veces sin sentirse cansado y perforar repetidamente una tabla de tres pulgadas en modo cíclico. Sin embargo, la compañía afirma que "es tan móvil y elegante que le permite a su dueño jugar con un balón de fútbol, golpear un saco de boxeo o subir escaleras y rampas con facilidad". Cuando Raytheon Sarcos exhibió el exoesqueleto XOS 2 en septiembre 2010, el vicepresidente de la compañía dijo que con fondos estables, podrían implementarse durante cinco años.
El exoesqueleto electrohidráulico HULC de Lockheed Martin tiene una fuente de energía y, en consecuencia, no tiene un cable atado, transfiriendo el peso de la carga hasta 90,7 kg más su propio 24 kg al suelo a través de patas de titanio. Las pruebas biomecánicas del exoesqueleto HULC se realizaron en soldados del Ejército de los EE. UU. En el Centro de Investigación Natik durante 2011, cuyos resultados se utilizaron para la transición a lo que se describe como una serie de "excursiones de campo en un espacio de combate simulado", que harán una conclusión sobre su utilidad.
Como se indicó en la Universidad de Harvard, "las opciones prometedoras para Soft Exosuit pueden ayudar a las personas con movilidad limitada"
Exoesqueletos del comando de las fuerzas de operaciones especiales y la Agencia DARPA
La tecnología de exoesqueleto es parte del programa TALOS, que consiste en un trabajo que combina la protección balística liviana y más efectiva de todo el cuerpo y la fuerza "más allá de las capacidades humanas". TALOS es una creación del almirante William Macreyven, el comandante de las fuerzas de operaciones especiales, TALOS es un desarrollo acelerado de un prototipo que reúne muchas tecnologías de corporaciones 56, agencias gubernamentales de 16, universidades de 13 y laboratorios nacionales de 10. Se entregaron tres prototipos pasivos (sueltos) al comando en el 2015 de junio del año, y se espera la disponibilidad del sistema para agosto del 2018.
Hubo varios detalles específicos sobre los candidatos para la tecnología biomecánica, pero uno de los más interesantes es el proyecto Soft Exosuit, que se está desarrollando como parte del programa web DARPA Warrior. La agencia emitió un contrato de la Universidad de Harvard por un valor de 2,9 millones de dólares para el desarrollo del exosuit Soft Exosuit que se puede usar debajo de la ropa. Permitirá a los soldados viajar largas distancias, reducir la fatiga y minimizar el riesgo de lesiones al transportar cargas pesadas.
El trabajo anterior nos ha permitido probar el concepto de lo que la universidad denomina un enfoque radicalmente nuevo para diseñar y crear un "robot portátil" que se inspira en una comprensión profunda de la biomecánica del andar humano. La tecnología Soft Exosuit condiciona el desarrollo de lo que la universidad describe como "formas completamente nuevas de sistemas de motor flexible, tejidos flexibles, sensores suaves y estrategias de control que permiten una interacción intuitiva y perfecta entre el hombre y la máquina".
"Si bien la idea de un robot portátil no es nueva, nuestro enfoque para su creación es definitivamente innovador", dice Connor Volsh, quien encabeza el equipo de diseño.
Al imitar el trabajo de los músculos y los tendones de las piernas al caminar, el traje también proporciona una ayuda pequeña, pero "cuidadosamente sincronizada" en las articulaciones, sin ninguna restricción de movimientos. Uno de los prototipos actuales se distingue por varias correas de descarga alrededor de la parte inferior del cuerpo. Estas correas se adaptan a un microprocesador de baja potencia y a una red de medidores de tensión flexibles que monitorean colectivamente la posición y los movimientos del cuerpo del usuario. Sin embargo, a diferencia del exoesqueleto sólido, Soft Exosuit aparentemente no transfiere la carga al suelo.
Si bien es poco probable que las cargas que llevan los soldados se vuelvan más ligeras, una comprensión de la biomecánica humana y las nuevas tecnologías asociadas con esto hará que su carga, incluida la que causa lesiones, sea más liviana.
Materiales utilizados:
www.monch.com
www1.iwr.uni-heidelberg.de
www.lockheedmartin.com
www.raytheon.com
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