Exoesqueletos são dispositivos usados ​​para proteção ou suporte, como uma armadura ou um capacete. Esses e outros dispositivos passivos existem há milênios, mas os pesquisadores de hoje estão desenvolvendo sistemas de exoesqueleto que, no futuro, poderia levar os humanos a novos níveis de força e resistência.

Ao fornecer energia adicional, eles poderiam melhorar a resistência dos soldados no campo de batalha ou ajudar os trabalhadores a realizar tarefas com mais facilidade e segurança. Eles também podem ajudar pessoas feridas e deficientes a recuperar sua independência.

Mas para fazer os exoesqueletos de próxima geração funcionarem, precisaremos repensar nossas ideias sobre como os sistemas vestíveis interagem com os humanos que os usam. A professora associada Leia Stirling está fazendo exatamente isso no Departamento de Operações Industriais e Engenharia da U-M. Anteriormente no departamento de aeronáutica do MIT, O trabalho dos fatores humanos de Stirling na U-M está lançando uma nova luz sobre como os exoesqueletos movidos a energia mudam a maneira como seus usuários pensam e se movem. O artigo mais recente de Stirling é intitulado "Estático, Dinâmico, e Ajuste Cognitivo de Exossistemas para o Operador Humano. "Nós nos sentamos com ela recentemente para aprender mais sobre seu trabalho.

Todos nós vimos muitos exoesqueletos em filmes como Homem de Ferro e RoboCop. São esses os tipos de sistemas em que você está trabalhando?

Não exatamente - acho que os exoesqueletos de corpo inteiro ainda estão muito distantes. Enquanto isso, no entanto, existem aplicações de exoesqueleto motorizado mais limitadas que podem ajudar as pessoas com movimentos específicos, como adicionar suporte e força a um tornozelo ou joelho. Esses são os frutos mais fáceis de alcançar, e estamos começando a ver esses sistemas comercialmente. Mas há muito trabalho a ser feito antes que se tornem práticos para uso generalizado.

Por que mesmo os exoesqueletos movidos a uma única articulação são muito mais complexos do que os sistemas passivos?

Quando adicionamos energia até mesmo a um exoesqueleto simples, precisamos começar a pensar nele menos como uma peça de roupa e mais como um veículo muito pequeno. Quando eu coloco um exoesqueleto, Estou dentro dele e ele está me movendo ativamente. Portanto, precisamos pensar sobre isso de uma perspectiva humana - como o usuário pode dirigir aquele veículo com mais eficiência e segurança?

Isso é uma partida do passado, onde os pesquisadores do exoesqueleto se concentraram principalmente na mecânica dos dispositivos. E isso significa que pesquisadores de fatores humanos como eu precisam trabalhar com engenheiros mecânicos para levar essas máquinas ao próximo nível.

Como você sabe que os sistemas elétricos afetam o usuário de maneira diferente do que os suspensórios e outros dispositivos que temos há anos?

Todos os sistemas podem afetar a maneira como nos movemos e os sistemas energizados não são exceção. Por exemplo, não faz muito tempo, Fizemos um estudo onde os participantes usaram um exoesqueleto motorizado simples - um que fornecia energia extra para o tornozelo enquanto empurravam o pé do chão enquanto caminhavam. Nós ligamos, e descobrimos que diferentes participantes usavam esse impulso de maneira muito diferente à medida que se adaptavam ao sistema. Alguns deram passos mais longos, alguns deram passos mais curtos, alguns permaneceram os mesmos. Alguns voltaram aos seus padrões normais de marcha depois que desligamos a energia, alguns não.

O estudo mostrou que mesmo uma pequena mudança altera o ciclo de feedback que nos permite navegar em nosso ambiente. Essas mudanças podem ocorrer tanto consciente quanto inconscientemente. Precisamos entender como esses sistemas elétricos afetam nossa percepção, conhecimento, e o processo motor e como podemos projetar os exoesqueletos para se adaptarem adequadamente aos usuários individuais.

Como você mede se um exoesqueleto motorizado "se encaixa" em seu usuário?

Na verdade, repensamos a ideia de "ajuste" em um artigo recente que publicamos. Dividimos isso em três aspectos distintos.

O primeiro é o "ajuste estático" - é a isso que estamos acostumados, como em quão bem este dispositivo se ajusta ao tamanho e forma do meu corpo quando não estou me movendo.

A segunda dimensão é "ajuste dinâmico, "ou seja, o quão bem o dispositivo se move comigo. Ele está restringindo meu movimento, e se encaixa corretamente durante toda a amplitude de movimento que precisarei realizar para um conjunto de tarefas?

A terceira dimensão, e aquele com o qual estamos menos acostumados, é "ajuste cognitivo". Esta dimensão mede como um dispositivo que estou usando muda a maneira como penso sobre o movimento, tanto consciente quanto inconscientemente. Como estou interpretando o feedback que recebo do dispositivo? E como os fabricantes de um dispositivo podem adaptar seu feedback aos processos cognitivos de diferentes usuários?

Dispositivos de exoesqueleto motorizados fornecem inerentemente feedback tátil devido à forma como aplicam forças ao corpo durante o movimento. Mas também estamos analisando como podemos projetar com feedback explícito para ajudar os usuários a ter confiança nos dispositivos e torná-los mais fáceis de usar de forma eficiente.

Se agora precisamos considerar esses novos fatores, isso significa que estamos perdendo terreno no caminho para novos tipos de sistemas de exoesqueleto?

Pelo contrário, identificar essas dimensões adicionais faz parte do processo de construção de novos tipos de máquinas. Exoesqueletos são realmente sistemas interdisciplinares, portanto, projetá-los requer um conjunto único de habilidades. Esta pesquisa fornece uma estrutura para fazer isso acontecer.

Na verdade, uma das razões pelas quais vim para Michigan foi porque havia todas essas pessoas pensando sobre exoesqueletos de todas essas perspectivas diferentes. Estou muito animado por estar em um lugar onde existem todas essas pessoas olhando para isso de diferentes ângulos e que podem trabalhar juntas.