Exosuit personalizado para caminhadas no mundo real

As pessoas raramente andam a uma velocidade constante e uma única inclinação. Mudamos a velocidade quando corremos para o próximo compromisso, pegamos um sinal de faixa de pedestres ou fazemos um passeio casual no parque. As encostas também mudam o tempo todo, seja para fazer uma caminhada ou subir uma rampa em um prédio. Além das variáveis ​​ambientais, a maneira como andamos é influenciada pelo sexo, altura, idade e força muscular e, às vezes, por distúrbios neurais ou musculares, como acidente vascular cerebral ou doença de Parkinson.

Essa variabilidade humana e de tarefas é um grande desafio no projeto de robótica vestível para auxiliar ou aumentar a caminhada em condições do mundo real. Até o momento, personalizar a assistência robótica vestível para a caminhada de um indivíduo requer horas de ajuste manual ou automático – uma tarefa tediosa para indivíduos saudáveis ​​e muitas vezes impossível para idosos ou pacientes clínicos.

Pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS) desenvolveram uma nova abordagem na qual a assistência robótica de exosuit pode ser calibrada para um indivíduo e se adaptar a uma variedade de tarefas de caminhada do mundo real em questão de segundos. O sistema bioinspired usa medições de ultra-som da dinâmica muscular para desenvolver um perfil de assistência personalizado e específico de atividade para os usuários do exosuit.

Tentativas anteriores bioinspiradas de desenvolver perfis de assistência individualizados para exosuits robóticos focados nos movimentos dinâmicos dos membros do usuário. Os pesquisadores do SEAS adotaram uma abordagem diferente.

Não há necessariamente um mapeamento direto entre o movimento dos membros e o dos músculos subjacentes que conduzem seu movimento. Então, para estudar a dinâmica muscular, a equipe amarrou um sistema de ultrassom portátil nas panturrilhas dos participantes e fotografou seus músculos enquanto realizavam uma série de tarefas de caminhada.

A partir dessas imagens pré-gravadas, eles estimaram a força assistida a ser aplicada em paralelo com os músculos da panturrilha para compensar o trabalho adicional que eles precisam realizar durante a fase de impulso do ciclo de caminhada. O novo sistema precisa apenas de alguns segundos de caminhada – mesmo um passo pode ser suficiente para capturar o perfil do músculo.

Para cada um dos perfis gerados por ultrassom, os pesquisadores mediram quanta energia metabólica a pessoa usou durante a caminhada com e sem o exosuit. Eles descobriram que a assistência muscular fornecida pelo exosuit reduziu significativamente a energia metabólica da caminhada em uma variedade de velocidades e inclinações de caminhada.

O exosuit também aplicou uma força de assistência menor para obter o mesmo benefício de energia metabólica ou melhor do que foi registrado em estudos publicados anteriormente. “Medindo o músculo diretamente, podemos trabalhar de forma mais intuitiva com a pessoa que usa o exosuit”, disse o estudante de pós-graduação Sangjun Lee. “Com essa abordagem, o exosuit não está dominando o usuário, está trabalhando cooperativamente com eles.” Quando testado em situações do mundo real, o exosuit foi capaz de se adaptar rapidamente às mudanças na velocidade e inclinação da caminhada.

Em seguida, a equipe de pesquisa visa testar o sistema fazendo ajustes constantes e em tempo real.