Método de medição testa ajuste de exoesqueletos

Os exoesqueletos, muitos dos quais são movidos por molas ou motores, podem causar dor ou lesões se suas articulações não estiverem alinhadas com as do usuário. Para mitigar esses riscos, um novo método de medição foi desenvolvido para testar se um exoesqueleto e a pessoa que o usa estão se movendo suavemente e em harmonia.

O método é um sistema de rastreamento óptico (OTS) não muito diferente das técnicas de captura de movimento usadas pelos cineastas para dar vida aos personagens gerados por computador. O OTS usa câmeras especiais que emitem luz e capturam o que é refletido de volta por marcadores esféricos dispostos em objetos de interesse. Um computador calcula a posição dos objetos rotulados no espaço 3D. A abordagem foi usada para rastrear o movimento de um exoesqueleto e peças de teste, chamadas de “artefatos”, presas ao usuário.

O objetivo final é colocar esses artefatos em uma pessoa, colocar o exoesqueleto, comparar a diferença na pessoa que usa os artefatos versus o exoesqueleto e ver se eles se movem em conjunto. Se eles se moverem de forma diferente ou não se encaixar corretamente, ajustes podem ser feitos.

Os pesquisadores pretendiam capturar o movimento do joelho – uma das articulações relativamente simples do corpo. Para avaliar a incerteza de medição da nova abordagem, eles construíram duas pernas artificiais como bancos de ensaio. Um apresentava um joelho protético pronto para uso, enquanto o outro incorporou um joelho impresso em 3D que imitava mais de perto o real. Placas de metal também foram presas às pernas com cordas elásticas para representar membros exoesqueléticos ou artefatos de teste presos ao corpo. Depois de fixar marcadores nas pernas e placas, a equipe usou o OTS e um transferidor digital para medir os ângulos do joelho em toda a amplitude de movimento. Ao comparar os dois conjuntos de medições, eles foram capazes de determinar que seu sistema era capaz de rastrear com precisão a posição das pernas. Os testes também estabeleceram que seu sistema poderia calcular os movimentos separados das pernas e placas exoesqueléticas, permitindo que os pesquisadores mostrassem o quão alinhados os dois estão enquanto se movem.

Para adaptar o método a ser usado na perna de uma pessoa real, a equipe projetou e imprimiu em 3D artefatos ajustáveis ​​que – como uma joelheira – se encaixam na coxa e na canela do usuário. Ao contrário da pele, que muda devido à sua própria elasticidade e contração dos músculos por baixo, ou roupas apertadas que podem ser desconfortáveis ​​para alguns, esses artefatos oferecem uma superfície rígida para colocar marcadores de forma estável e consistente em diferentes pessoas. A equipe montou os artefatos do joelho e um exoesqueleto de corpo inteiro decorado com marcadores refletivos em um sujeito humano. Com o OTS assistindo, o sujeito realizou várias séries de agachamentos. Os testes mostraram que, na maioria das vezes, a perna do sujeito e o exoesqueleto se moviam em harmonia. Mas por breves momentos, o corpo do sujeito se moveu enquanto o exoesqueleto não. Essas pausas podem ser explicadas pela maneira como esse exoesqueleto funciona.

Para fornecer força extra, ele usa molas, que engatam e desligam à medida que a pessoa se move. O exoesqueleto faz uma pausa quando as molas mudam de modo, resistindo temporariamente ao movimento do usuário. Ao detectar as nuances da função do exoesqueleto, o novo método de medição demonstrou sua atenção aos detalhes.

Os dados brutos sozinhos nem sempre revelam se um ajuste é adequado. Para melhorar a precisão de seu método, a equipe também usará algoritmos computacionais para analisar os dados posicionais. Os próximos passos são desenvolver artefatos para o braço, o quadril e basicamente todas as articulações com as quais o exoesqueleto deve estar alinhado e, em seguida, realizar testes semelhantes.