ARC Angel: Sistema Inovador da NASA Reduz Fadiga Braquial em Treinamento Sub-1G

O sistema de controle ativo do ARC ANGEL pode descarregar automaticamente o peso de várias ferramentas manuais, prevenindo a fadiga do braço durante treinamento sub-1G. (Imagem: NASA)

Contexto: Sistema ARGOS

Inovadores no Johnson Space Center (JSC) da NASA desenvolveram um sistema robótico de treinamento terrestre chamado "ARGOS". Ele pode simular ativamente a ausência de peso de um astronauta no espaço usando uma pista aérea e sistema de ponte para descarregar parcial ou totalmente o peso do sujeito usando cabos conectados, suspendendo-o efetivamente do chão. Embora o torso e as pernas do sujeito de teste sejam descarregados, seus braços e quaisquer ferramentas manuais pesadas não são.

Tecnologia ARC ANGEL

A tecnologia Actuated Realtime Control for ARGOS Negation of Gravitational Effects on the Limbs (ARC ANGEL) foi desenvolvida para descarregar os braços de um sujeito de teste com traje espacial e contrariar a fadiga percebida durante atividades de treinamento usando o ARGOS. Como o ARGOS, o ARC ANGEL fornece descarregamento via tensão ativa de cabo controlada por computador. Cabos são estendidos entre manguitos de braço localizados logo acima de cada cotovelo, e um carretel motorizado montado na mochila do Sistema Primário de Suporte de Vida (PLSS) do traje espacial.

Aplicações Terrestres

Esta tecnologia de descarregamento ativo pode ser usada para várias aplicações além da simulação de ambientes de zero a um G. Por exemplo, um paciente reabilitando o ombro poderia se beneficiar de assistência de movimento que descarrega o peso do braço ou carga de preensão, um trabalhador da construção carregando uma ferramenta pesada poderia manipulá-la mais facilmente, ou poderia compensar o peso do equipamento para pessoal militar, evitando a fadiga dos membros que ocorreria de outra forma.

O ARC ANGEL é um sistema robótico ativo como o ARGOS; no entanto, seu motor elétrico não é montado no alto em um sistema de pista e ponte, mas sim na mochila tipo PLSS do sujeito de teste, onde o(s) motor(es) fornece(m) torque de atuação em tempo real para descarregar os braços superiores via cabos. Se um sujeito de teste pegar um martelo, o sistema reagirá imediatamente para descarregar o peso do martelo relativo ao ambiente programado.

Arquitetura do Sistema

O sistema compreende motor(es) elétrico(s), componentes flexíveis, hardware eletrônico, firmware e software. Para fornecer uma operação suave de descarregamento de braço e otimizar o desempenho do sistema, engenheiros do JSC codificaram software que aproveita algoritmos cinemáticos e arquitetura de malha fechada para controle do motor, junto com scripts de linguagem de computador personalizados para ingestão de dados de sensores. Isso permite que os subsistemas do ARC ANGEL sejam integrados perfeitamente e simulem com precisão ambientes de um a zero G.

Durante a operação, sensores compactos de tensão e unidades de medida inercial detectam peso e movimento do braço e fornecem um sistema de controle de malha fechada que alimenta dados a um computador de placa única e firmware necessário para processamento. Uma interface gráfica de usuário personalizada também foi desenvolvida internamente para fornecer controles para inserção de valores desejados de descarregamento de braço.

Autonomia e Aplicações Futuras

Além disso, o ARC ANGEL possui sua própria fonte de alimentação que fornece energia aos seus subcomponentes sem cabos externos. Isso permite a capacidade de funcionar independentemente do ARGOS e se adapta ainda mais a aplicações terrestres potenciais. Este trabalho correlaciona-se diretamente com o desenvolvimento de exotrajes ativos que estão sendo implementados para dispositivos médicos de reabilitação e/ou assistência. O ARC ANGEL está essencialmente fornecendo uma assistência desejada (descarregamento) enquanto mantém a amplitude total de movimento do sujeito. O hardware e software do sistema podem ser modificados para se ajustar a um indivíduo sem traje espacial e para movimento assistido de membros — não apenas descarregamento de braço.

A NASA está ativamente buscando licenciados para comercializar esta tecnologia. Contate o Concierge de Licenciamento da NASA em este endereço de email ou ligue para 202-358-7432 para iniciar discussões de licenciamento. Para mais informações, visite aqui.