Una bota exoesquelética permite caminar un 9 % más rápido y con menor gasto energético
CIENCIA
El prototipo, diseñado por la Universidad de Stanford y que se adapta a la marcha de cada usuario y a las condiciones de la vida real, está pensado para ayudar a las personas con escasa movilidad
13 oct 2022 . Actualizado a las 16:02 h.Imagínese que le sacan de encima de golpe un peso de 9,3 kilos. Caminaría más rápido, hasta un 9 % más respecto a la velocidad media de su paso, y lo haría con un coste energético un 17 % menor. Salvando las distancias, esta es la ventaja que ofrece la primera bota exoesquelética diseñada para ser utilizada en la vida diaria. El prototipo, creado por ingenieros de la Universidad de Stanford, se ha probado con éxito en condiciones reales, en la calle, y supone un importante avance hacia los futuros dispositivos de marcha asistida, especialmente recomendados para las personas mayores con problemas de movilidad.
Y, lo que supone una ventaja aún más importante, el sistema se adapta a las características de la marcha de cada persona. Las conclusiones del trabajo se han presentado en la revista científica Nature.
Los exoesqueletos se están erigiendo hoy en día como uno de los grandes avances para ayudar a recuperar la movilidad a grandes dependientes y pacientes con una grave discapacidad. Es el caso del patentado por la ingeniera del CSIC Elena García Armada, que creó el primer dispositivo robótico pediátrico para ayudar a caminar a niños con atrofia muscular espinal y parálisis cerebral. Pero estos exoesqueletos suelen ser de gran tamaño, ayudados por soportes y de una enorme complejidad, ya que las condiciones físicas de los usuarios a los que van destinados están muy mermadas.
El prototipo diseñado por los ingenieros de la Universidad de Stanford, por contra, consiste en una bota exoesquelética de 1,2 kilos en cada tobillo adaptada para ser utilizada en condiciones de la vida diaria. No está pensada para pacientes con graves problemas de movilidad, sino para aquellos a los que les pueda suponer un beneficio en su vida diaria, como las personas mayores.
El principal reto al que se enfrentaron los investigadores fue la individualización del aparato. Es decir, que tuviera capacidad para adaptarse a las condiciones de cada persona. «Este esqueleto personaliza la asistencia mientras las personas caminan normalmente por el mundo real», explica Steve Collins, responsable del Laboratorio de Biomecatrónica de Stanford, quien precisa que «la mayoría de los exoesqueletos están diseñados usando una combinación de intuición o biomimética, pero las personas son demasiado complicadas y diversas para que esto funcione bien».
¿Qué hicieron entonces? «Uno de los avances de nuestro trabajo fue el desarrollo de un modelo de aprendizaje automático que utiliza los datos de los sensores portátiles del exoesqueleto (ángulo del tobillo, su velocidad y esfuerzo de torsión aplicado) para determinar cuál era el mejor patrón de asistencia al utilizar nuestro dispositivo», según explicó a la agencia SINC el autor principal, Patrick Slade.
Cuando una persona usa el exoesqueleto por primera vez proporciona un patrón de asistencia ligeramente diferente cada vez que camina. Al medir el movimiento resultante, el modelo de aprendizaje automático determina cómo ayudarla mejor la próxima vez que camine. Se necesita solo una hora de caminata para que el dispositivo se adapte a un nuevo usuario.
Pero la ventaja principal que aportan las botas es la rapidez de la marcha y el menor gasto energético, como constata Steve Collins. «La asistencia optimizada permitió a las personas caminar un 9 % más rápido con un 9 % menos de gasto de energía por distancia recorrida, en comparación con caminar con zapatos normales». Ningún exoesqueleto diseñado anteriormente había logrado estos datos. «Esta es la primera vez que vemos que un exoesqueleto proporciona ahorros de energía para los usuarios del mundo real», remacha Patrick Slade.
El equipo también planea ahora diseñar variaciones que mejoren el equilibrio y reduzcan el dolor de las articulaciones. El objetivo final es llevar el producto al mercado, lo que esperan conseguir en pocos años y para lo que ya han contactado con socios comerciales.
De momento este prototipo se ha evaluado con personas jóvenes y sanas por temas de seguridad, pero los autores confían en que versiones mejoradas puedan ser útiles para otras con dificultades para andar, de edades avanzados o en trabajos físicamente exigentes, aunque se requerirán estudios adicionales.
«Los dispositivos de asistencia como este podrían proporcionar una mayor independencia a las personas con problemas de movilidad, como los ancianos o con enfermedades musculares, y ya hemos empezado a estudiarlo», comenta Slade. «También podemos usar las mismas ideas para mejorar la colaboración entre humanos y robots en una amplia gama de tareas (trabajo en fábricas, vida asistida, cirugía...), utilizando modelos basados en datos que optimicen las respuestas robóticas a los movimientos humanos», añade el ingeniero.
«Los principales retos a los que nos enfrentamos ahora son realizar experimentos con poblaciones clínicas específicas para determinar cuál será la asistencia más eficaz para ellas -apunta Slade-. Después, tendremos que trabajar con socios comerciales para traducir esta tecnología en dispositivos que se puedan comprar y utilizar a diario. Aunque nuestro prototipo de investigación es funcional, necesita mucho trabajo de ingeniería para convertirse en un producto robusto en la vida cotidiana».
