Método Óptico Revolucionário Garante Ajuste Perfeito de Exoesqueleto e Segurança do Usuário

Exoesqueletos, muitos dos quais são alimentados por molas ou motores, podem causar dor ou lesão 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 por cineastas para dar vida a 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 "artefatos", presas ao seu usuário.

O objetivo final é colocar esses artefatos em uma pessoa, vestir o exoesqueleto, comparar a diferença na pessoa usando os artefatos versus o exoesqueleto, e ver se eles se movem em conjunto um com o outro. Se eles se movem de forma diferente ou não está ajustado corretamente, ajustes podem ser feitos.

Pesquisadores visaram 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 bancadas de teste. Uma apresentava um joelho protético pronto para uso, enquanto a outra incorporava um joelho impresso em 3D que imitava mais de perto a realidade. Placas de metal também foram presas às pernas com cordas elásticas para representar membros exoesqueléticos ou artefatos de teste presos ao corpo. Após fixar marcadores nas pernas e placas, a equipe usou o OTS e um transferidor digital para medir ângulos do joelho em toda sua amplitude de movimento. Comparando os dois conjuntos de medições, eles puderam determinar que seu sistema era capaz de rastrear com precisão a posição da perna. Os testes também estabeleceram que seu sistema podia calcular os movimentos separados das pernas e placas exoesqueléticas, permitindo aos pesquisadores mostrar o quão alinhados os dois estão enquanto se movem.

Para adaptar o método para ser usado na perna de uma pessoa real, a equipe projetou e imprimiu em 3D artefatos ajustáveis que — como uma joelheira — se ajustam à coxa e canela do usuário. Diferente da pele, que se desloca devido à sua própria elasticidade e músculos contraídos por baixo, ou roupas justas 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 de joelho e um exoesqueleto de corpo inteiro adornado com marcadores refletivos em um sujeito humano. Com o OTS observando, o sujeito realizou várias séries de agachamentos. Os testes mostraram que na maior parte do tempo, a perna do sujeito e o exoesqueleto se moviam em harmonia. Mas por breves momentos, o corpo do sujeito se movia enquanto o exoesqueleto não. Essas pausas poderiam ser explicadas pela forma como este exoesqueleto funciona.

Para fornecer força extra, ele usa molas, que engatam e desengatam conforme a pessoa se move. O exoesqueleto 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, quadril e basicamente todas as articulações que o exoesqueleto deve estar alinhado e então realizar testes semelhantes.