La tecnología del exoesqueleto de Bionic Humans está redefiniendo los límites

En La era de El Mañana, Una película de ciencia ficción aclamada por la crítica estrenada este verano, los soldados luchan contra los extraterrestres con exoesqueletos con poder que mejoran su fuerza, velocidad y agilidad. En la pantalla plateada, junto con explosiones y enemigos de otro mundo, las ideas parecen una invención de Hollywood, pero está más cerca de la realidad de lo que piensas.

La investigación del exoesqueleto ha estado en marcha durante más de un siglo, dando como resultado una serie de prototipos viables. Sin embargo, sorprendentemente, se centran menos en la fuerza sobrehumana y más en mejorar la resistencia y la calidad de vida. Los investigadores en el campo ven el futuro 4 Tecnologías que podrían cambiar el mundo 4 Tecnologías que podrían cambiar el mundo En este momento es un momento tan emocionante para estar vivo, ya que la ciencia y la tecnología empujan a la humanidad hacia adelante a velocidades tan increíbles. ¿Quién hubiera pensado hace diez años que tendríamos acceso con un solo toque a todos ... como un maratón en lugar de un sprint?.

Exohistoria

Los exoesqueletos humanos han aparecido en las historias de ciencia ficción desde la década de 1950, pero el primer exoesqueleto real fue inventado más de medio siglo antes por el inventor ruso Nicholas Yagn. A pesar de su país de residencia, decidió presentar una patente ante la Oficina de Patentes de los Estados Unidos en 1890. Describió su invención como:

[…] Una serie de resortes adaptados para soportar el peso de todo el cuerpo y almacenar y acumular el poder ejercido por el mismo, junto con el poder ejercido por el impulso de tal peso muerto cuando está en movimiento. - Nicholas Yagn, inventor

Su exoesqueleto también usó “acumuladores de fluido comprimido” para almacenar energía Según Nicholas, su invento proporcionó a los usuarios una mejor movilidad y redujo la tensión de correr y saltar sobre el cuerpo. Lo siento, fanáticos del steam-punk; esto no era una máquina de muerte accionada por engranajes.

El primer exoesqueleto motorizado, llamado Hardiman, fue desarrollado por General Electric a fines de la década de 1960. Masivo y brutal, el traje se parecía mucho a los enormes trajes de batalla imaginados por los autores de ciencia ficción. Fue diseñado para amplificar sustancialmente la fuerza de un usuario, pero sus inventores nunca definieron por completo los controles y los requisitos de potencia. Como se indica en el informe final del proyecto:

El problema de la interfaz hombre-máquina en el prototipo Hardiman I ha sido grave. La alta ganancia de potencia, la complejidad del sistema de articulaciones múltiples y el acoplamiento íntimo del hombre y la máquina impusieron muchas restricciones de diseño y exigieron mucho a la tecnología existente..

El fracaso de Hardiman demostró la extrema dificultad de desarrollar un exoesqueleto con la tecnología de esa época. No se hizo otro intento hasta principios de la década de 1990, cuando los investigadores de Kawasaki comenzaron a trabajar en el Power Assist Suit, un exoesqueleto diseñado para ayudar a los profesionales médicos a mover pacientes inmóviles..

Una explosión de nuevos desarrollos ocurrió después del cambio de siglo. La compañía japonesa Cyberdyne introdujo el concepto de exoesqueleto HAL-3, Berkeley desarrolló un exoesqueleto de la parte inferior del cuerpo llamado Bleex para ayudar a los soldados a transportar cargas pesadas a largas distancias, y Honda ha reunido un par de exoesqueletos de la parte inferior del cuerpo diseñados para personas parcialmente móviles que de otro modo podrían necesitar un bastón o andador.

Encendiendo

El fallido proyecto Hardiman es el tipo de traje en el que la mayoría de la gente piensa cuando se le dice que imagine un exoesqueleto. Muchos de nosotros recordamos imágenes de ficción, como el famoso exoesqueleto pilotado por Sigourney Weaver (o más bien, el especialista oculto detrás de ella) en Extranjeros.

Un exoesqueleto masivo ciertamente puede sorprender a una audiencia, pero su uso práctico es limitado. Las baterías aún carecen de la resistencia necesaria para alimentar una máquina bestial durante largos períodos de tiempo, y un exoesqueleto grande no hace mucho por una carretilla elevadora, una grúa u otro vehículo que ya no puede lograr. Los exoesqueletos modernos se centran en mejorar a los humanos de maneras prácticas que pueden usarse todos los días en una variedad de situaciones.

Uno de los últimos diseños es el Human Universal Load Carrier, o HULC, un exoesqueleto militar diseñado por Lockheed-Martin para mejorar en gran medida las capacidades físicas de los soldados. La idea básica, según lo indicado por el gerente del programa Jim Ni y detallada en un comunicado de prensa de la compañía, es aumentar la resistencia y la fuerza al tiempo que disminuye el riesgo de lesiones..

[HULC] permite a los soldados hacer cosas que no pueden hacer hoy, al tiempo que les ayuda a protegerse de las lesiones musculoesqueléticas. - Jim Ni, gerente del programa HULC

Eso no suena muy diferente de los beneficios que Nicholas Yagn afirmó para su exoesqueleto hace más de un siglo, pero la tecnología moderna significa que los investigadores pueden comprender mejor la idea. HULC puede ayudar a las soldaduras a transportar cargas de hasta 200 libras sobre varios terrenos mientras minimiza el riesgo de lesiones que podrían ralentizar a un soldado en el campo. Las baterías alimentan el exoesqueleto, que pesa más de cincuenta libras, y la vida útil puede extenderse hasta 72 horas con un equipo especial.

Pero Lockheed-Martin no es la única compañía en este campo. Raytheon ha pasado los últimos ocho años desarrollando el XOS, que espera desempeñar el mismo papel que el HULC. Sin embargo, a diferencia de su competidor, el XOS cubre una parte sustancial de la parte inferior y superior del cuerpo del usuario. Sus inventores citan una capacidad de carga máxima similar de al menos 200 libras, pero la mejora de la fuerza se extiende a los brazos, que pueden sostener hasta cincuenta libras con poco esfuerzo.

No solo para soldados

Mientras tanto, en Japón, Cyberdyne ha continuado desarrollando su exoesqueleto HAL-5. A diferencia de sus pares estadounidenses, este dispositivo está diseñado para uso civil en lugar de militar. La compañía está investigando varios modelos para uso de trabajadores industriales, personal de respuesta a desastres y profesionales médicos..

Un modelo de miembro inferior diseñado para ayudar a rehabilitar a personas con problemas de movilidad relacionados con lesiones ha sido aprobado para su uso en Europa y se está utilizando en ensayos clínicos. La primera prueba, completada en abril de este año, sugiere que el exoesqueleto proporciona una “mejora altamente significativa” a la movilidad cuando se usa y también, con el tiempo, mejora la capacidad de movimiento del mismo paciente sin El exoesqueleto. Sin embargo, solo ocho pacientes formaron parte del estudio, por lo que se debe hacer más trabajo para confirmar los beneficios de HAL.

Otro exoesqueleto civil que recibe atención es el ReWalk, un exoesqueleto de la parte inferior del cuerpo que cumple una función similar a la HAL. El ReWalk utiliza motores de pierna de baja potencia para ayudar en la movilidad al tiempo que ofrece una vida útil de la batería durante todo el día. A diferencia del HAL, el ReWalk debe usarse con bastones, pero también está más avanzado en su desarrollo y ha sido aprobado en varios países. El ReWalk se puede usar para rehabilitación o se puede comprar para uso personal como alternativa a una silla de ruedas o un scooter eléctrico.

Baterías no incluidas

FORTIS, que acaba de comenzar a probar este año, es el exoesqueleto más nuevo de Lockheed-Martin. Aunque la primera ronda de pruebas está siendo realizada por la Marina, este exoesqueleto, a diferencia de HULC, está destinado solo para uso civil. Refuerza el cuerpo del usuario, reduciendo la tensión del manejo de las herramientas pesadas que los mecánicos de la Marina suelen utilizar para reparar barcos..

Al usar el exoesqueleto FORTIS, los operadores pueden sostener el peso de esas herramientas pesadas durante períodos prolongados con fatiga reducida. - Adam Miller, director de nuevas iniciativas, Lockheed-Martin

Si bien carece de baterías, FORTIS tiene habilidades impresionantes. Puede ayudar a los usuarios a sostener hasta 36 libras “sin esfuerzo.” Puede que al principio no parezca mucho, pero recuerde que los mecánicos usan esas herramientas durante horas todos los días. Cualquier peso sustancial puede volverse agotador después de unos minutos. El exoesqueleto también ayuda a transferir estas cargas al suelo, lo que reduce la tensión en la espalda y las piernas del usuario..

Este tipo de exoesqueleto, en caso de que tenga éxito, podría ser una gran ayuda para los trabajadores de la construcción y la industria que tienen que levantar cargas modestas repetidamente durante el día. Las lesiones relacionadas con el trabajo siguen siendo comunes en estos campos y, con el tiempo, pueden reducir en gran medida la calidad de vida de los veteranos de estos campos..

La falta de potencia de FORTIS también reduce la complejidad y el costo, lo que hace que la idea sea más aceptable para el despliegue a gran escala. Dicho esto, sin embargo, FORTIS todavía está muy temprano en su desarrollo; se anunció por primera vez el mes pasado. La mayoría de los otros proyectos de exoesqueletos han estado en desarrollo durante años, y en algunos casos décadas, por lo que este proyecto todavía tiene un largo camino por recorrer..

Todavía humano, pero mejor

El enfoque del exoesqueleto moderno ha cambiado de mejorar la fuerza y ​​la velocidad a mejorar la resistencia. En este sentido, el objetivo no es hacernos mucho más rápidos o fuertes que antes, sino hacernos más duraderos y mejorar nuestra calidad de vida. Si bien no es glamoroso, este enfoque tiene sentido; conquistamos levantar cargas pesadas con la carretilla elevadora.

Sin embargo, las lesiones y el agotamiento son enemigos que todavía tenemos que vencer. Es probable que un soldado cansado y herido desacelere toda su unidad y sea menos capaz de responder a las amenazas, y una estimación de 2013 encontró que las lesiones en el trabajo cuestan hasta $ 250 mil millones anuales solo en los Estados Unidos. La reducción de la tensión y el aumento de la resistencia pueden beneficiar a todos, desde la infantería en la batalla hasta los trabajadores de la salud que mueven a los pacientes entre camas, por lo que probablemente veremos que los exoesqueletos continuarán con este nuevo enfoque en la próxima década. Los exoesqueletos no nos darán una fuerza sobrehumana o una velocidad deslumbrante, al menos no en el corto plazo. Pero nos ayudarán a vivir una vida mejor y más larga. Cómo la tecnología puede influir en la evolución humana Cómo la tecnología puede influir en la evolución humana No hay un solo aspecto de la experiencia humana que no haya sido tocado por la tecnología, incluidos nuestros propios cuerpos.. .

Haber de imagen: Lockheed-Martin, Cyberdyne