Os engenheiros da Caltech lançaram uma nova iniciativa de pesquisa com o objetivo de restaurar a locomoção natural e estável para indivíduos com deficiências de locomoção que resultam de lesões na medula espinhal e derrames.

Esta iniciativa, apelidado de RoAM (Robotic Assisted Mobility), une dispositivos de assistência robótica - incluindo exoesqueletos e próteses - com neurocontrole infundido com inteligência artificial (IA). A iniciativa RoAM combina a pesquisa de dois roboticistas Caltech:Aaron Ames, quem cria os algoritmos que permitem andar por robôs bípedes e os traduz para governar o movimento de exoesqueletos e próteses; e Joel Burdick, cujos implantes espinhais transcutâneos já ajudaram paraplégicos em ensaios clínicos a recuperar algumas funções das pernas e, crucialmente, controle do torso.

Diversas empresas de robótica começaram a construir exoesqueletos - dispositivos com pernas robóticas que uma pessoa pode usar - para fornecer mobilidade a indivíduos paralisados ​​da cintura para baixo. O problema é que todos os dispositivos atuais requerem o uso de muletas para manter a estabilidade.

"A caminhada bípede é difícil de conseguir de forma estável, "diz Ames, Bren Professor de Engenharia Mecânica e de Controle e Sistemas Dinâmicos na Divisão de Engenharia e Ciências Aplicadas. "Embora as muletas ajudem os usuários do exoesqueleto a ficar de pé, eles prejudicam muitos dos benefícios à saúde que a locomoção vertical poderia proporcionar. Além disso, eles não permitem que os usuários façam qualquer outra coisa com as mãos enquanto caminham. "

É aqui que entra o trabalho de Ames e Burdick.

Ames construiu programas que permitem que robôs bípedes andem, tornando-os estáveis ​​pela aplicação de métodos da teoria de controle não linear. Sua abordagem resultou em uma caminhada eficiente por robôs humanóides, junto com comportamentos dinâmicos, como correr e pular. Em colaboração com o fabricante francês de exoesqueleto Wandercraft e sua colega Jessy Grizzle, da Universidade de Michigan, Ames traduziu esses métodos de robôs para exoesqueletos motorizados da parte inferior do corpo. O resultado final foi o primeiro exoesqueleto dinâmico que pode ser usado por paraplégicos sem a necessidade de muletas. Isso tem o potencial de dar mobilidade mãos-livres aos paraplégicos, Ames diz. No futuro, acoplar seu trabalho à estimulação espinhal permitirá um feedback direto entre o usuário e o dispositivo.

Enquanto isso, Burdick, Richard L. e Dorothy M. Hayman Professor de Engenharia Mecânica e Bioengenharia e um cientista pesquisador do JPL, que Caltech gerencia para a NASA, tem desenvolvido implantes espinhais que restauraram algumas funções da parte inferior do corpo para usuários em ensaios clínicos.

O implante, desenvolvido em colaboração com o engenheiro biomédico da Caltech Yu-Chong Tai, Anna L. Rosen Professora de Engenharia Elétrica e Engenharia Médica, e o especialista em IA Yisong Yue, professor assistente de computação e ciências matemáticas, fornece estimulação elétrica para o espaço epidural ao redor da medula espinhal inferior enquanto usa IA para aprender, em tempo real, os padrões de estimulação que produzem os melhores resultados para os usuários. Em ensaios clínicos na UCLA, a prótese permitia que usuários paralisados ​​ficassem por conta própria por até 20 minutos por vez e movessem voluntariamente os dedos dos pés, tornozelos, joelhos, e quadris.

Um dos participantes testando o estimulador espinhal também possuía um exoesqueleto, e assim os pesquisadores testaram as duas tecnologias juntas em um teste na UCLA há três anos. Eles descobriram que quando o estimulador espinhal foi ligado, o exoesqueleto exigia metade da força para se mover na mesma distância do que com o estimulador desligado.

"Com o estimulador e o exosuit, ele estava quase pisando sozinho, "Burdick diz." Esse estudo inicial foi muito promissor. "

A iniciativa RoAM irá explorar a intersecção da estimulação da medula espinhal infundida com IA usando um modelo de exoesqueleto Wandercraft Atalante localizado na Caltech. "O exoesqueleto Atalante e os algoritmos de caminhada que criamos para ele já são bons o suficiente para permitir que os usuários andem dinamicamente sem muletas, "Ames diz." A iniciativa RoAM permitirá que eles façam isso usando menos energia e para uma variedade de diferentes comportamentos dinâmicos de caminhada, com o objetivo de melhorar o dia a dia dos usuários. "

Em última análise, a iniciativa RoAM irá além dos exoesqueletos, explorando maneiras de restaurar a mobilidade. Os algoritmos de caminhada dinâmica desenvolvidos por Ames já foram traduzidos para próteses personalizadas alojadas em seu laboratório, incluindo uma perna motorizada para amputados acima do joelho. Adicionalmente, exoesqueletos macios - ou exo fatos - serão desenvolvidos para ajudar a estabilizar o andar de indivíduos que não estão paralisados, mas têm problemas de mobilidade.