No futuro, exosuits robóticos macios à base de têxteis inteligentes podem ser usados ​​por soldados, bombeiros e equipes de resgate para ajudá-los a atravessar terrenos difíceis e chegar novos a seus destinos, para que possam realizar suas respectivas tarefas com mais eficácia. Eles também podem se tornar um meio poderoso para melhorar a mobilidade e a qualidade de vida para pessoas que sofrem de doenças neurodegenerativas e para os idosos.

A equipe de Conor Walsh do Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering da Harvard University e da Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) tem estado na vanguarda do desenvolvimento de diferentes dispositivos robóticos soft wearable que suportam a mobilidade através da aplicação de forças mecânicas a articulações críticas do corpo, incluindo nas articulações do tornozelo ou quadril, ou no caso de um exosuit macio multiarticular, ambos. Devido ao seu potencial para aliviar soldas sobrecarregadas no campo, a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) financiou os esforços da equipe como parte de seu antigo programa Warrior Web.

Embora os pesquisadores tenham demonstrado que as versões baseadas em laboratório de exosuits macios podem fornecer benefícios claros para os usuários, permitindo que gastem menos energia enquanto caminham e correm, permanece a necessidade de exosuits totalmente usáveis ​​que sejam adequados para uso no mundo real.

Agora, em um estudo relatado nos anais da Conferência Internacional IEEE 2018 sobre Robótica e Automação (ICRA), a equipe apresentou sua última geração de um exosuit multi-articulação móvel, que foi melhorado em todas as frentes e testado em campo por meio de longas marchas em terrenos acidentados. Usando o mesmo exosuit em um segundo estudo publicado no Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation ( JNER ), os pesquisadores desenvolveram um método de ajuste automático para personalizar sua assistência com base em como o corpo de um indivíduo está respondendo a ele, e demonstrou economia de energia significativa.

O exosuit macio multiarticular consiste em componentes de vestuário têxtil usados ​​na cintura, coxas, e bezerros. Por meio de um sistema de acionamento móvel otimizado usado perto da cintura e integrado a uma mochila militar, as forças mecânicas são transmitidas por meio de cabos que são guiados pelos componentes macios do exosuit até as articulações do tornozelo e do quadril. Por aqui, o exosuit adiciona força aos tornozelos e quadris para auxiliar nos movimentos das pernas durante o ciclo de caminhada.

"Atualizamos todos os componentes nesta nova versão do exosuit macio multiarticular:o vestuário é mais fácil de usar, fácil de colocar e adaptável a diferentes formas corporais; a atuação é mais robusta, mais leve, mais silencioso e menor; e o sistema de controle nos permite aplicar forças aos quadris e tornozelos de forma mais robusta e consistente, "disse David Perry, um co-autor do estudo ICRA e um engenheiro de equipe da equipe de Walsh. Como parte do programa DARPA, o exosuit foi testado em campo em Aberdeen, MD, em colaboração com os Laboratórios de Pesquisa do Exército, onde os soldados percorreram um percurso de cross-country de 12 milhas.

"Demonstramos anteriormente que é possível usar métodos de otimização on-line que, ao quantificar a economia de energia no laboratório, individualizam automaticamente os parâmetros de controle entre diferentes usuários. No entanto, precisávamos de um meio para ajustar os parâmetros de controle de forma rápida e eficiente para os diferentes modos de andar dos soldados do Exército fora de um laboratório, "disse Walsh, Ph.D., Membro do corpo docente do Instituto Wyss, o John L. Loeb Professor Associado de Engenharia e Ciências Aplicadas na SEAS e Fundador, do Harvard Biodesign Lab.

No estudo JNER, a equipe apresentou um novo método de ajuste adequado que usa sensores de exosuit para otimizar a potência positiva entregue nas articulações do tornozelo. Quando um usuário começa a andar, o sistema mede a potência e ajusta gradualmente os parâmetros do controlador até encontrar aqueles que maximizam os efeitos do exosuit com base na mecânica de marcha individual do usuário. O método pode ser usado como uma medida proxy para medições elaboradas de energia.

"Avaliamos os parâmetros metabólicos em sete participantes do estudo usando exouit que passaram pelo processo de ajuste e descobrimos que o método reduziu o custo metabólico da caminhada em cerca de 14,8% em comparação com a caminhada sem o dispositivo e em cerca de 22% em comparação com a caminhada com o dispositivo sem energia, "disse Sangjun Lee, o primeiro autor de ambos os estudos e um aluno de pós-graduação com Walsh no SEAS.

"Esses estudos representam o culminar emocionante de nossos esforços financiados pela DARPA. Agora estamos continuando a otimizar a tecnologia para usos específicos no Exército, onde os movimentos dinâmicos são importantes; e estamos explorando isso para ajudar os trabalhadores em fábricas que executam tarefas físicas extenuantes, "disse Walsh." Além disso, o campo reconheceu que ainda há muito a se entender na ciência básica da co-adaptação de humanos e robôs vestíveis. Futuras estratégias de co-otimização e novas abordagens de treinamento podem ajudar a aumentar ainda mais os efeitos de individualização e permitir que usuários que inicialmente respondem mal aos exosuits também se adaptem a eles e se beneficiem de sua assistência ".

"Esta pesquisa marca um ponto importante na Bioinspired Soft Robotics Initiative do Wyss Institute e no desenvolvimento de exosuits soft, pois abre um caminho no qual dispositivos robóticos podem ser adotados e personalizados em cenários do mundo real por usuários saudáveis ​​e deficientes, "disse o Diretor Fundador do Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., Ph.D., que também é o professor Judah Folkman de Biologia Vascular no HMS e do Programa de Biologia Vascular no Hospital Infantil de Boston, e Professor de Bioengenharia do SEAS.