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Desarrollan exotraje robótico de asistencia

De la tinta de Arturo Barba

Arturo Barba Viernes 16 De Agosto, 2019 · 07:43 am
Desarrollan exotraje robótico de asistencia
Este exotraje logró resolver un desafío biomecánico fundamental que hasta ahora no había sido resuelto por los biorobots o los exoesqueletos creados

Un equipo de científicos y tecnólogos de la Universidad de Harvard y de la industria desarrolló un exoesqueleto robótico al que llamaron “exotraje de cadera”, el cual puede ayudar a las personas a ahorrar energía al caminar y correr, reporta un artículo esta semana en la revista Science.

Este exotraje logró resolver un desafío biomecánico fundamental que hasta ahora no había sido resuelto por los biorobots o los exoesqueletos creados hasta ahora: el movimiento de la cadera y piernas del ser humano al dar pasos y correr. Estos movimientos de huesos, músculos y tendones tienen en común una extensión de la articulación de la cadera, que comienza al momento en que el pie entra en contacto con el suelo y requiere una energía considerable para impulsar el cuerpo hacia adelante. Aunque suena sencillo, biomecánimente es un movimiento muy complejo.

El exotraje o dispositivo robótico de asistencia puede usarse fácilmente para ayudar tanto a caminar como a correr, ya que permite extender los movimientos de la cadera y extremidades con menor esfuerzo. Imágenes tomadas de Science.

Resolver la manera de reproducir este movimiento con dispositivos robóticos ha sido todo un logro; de hecho, el equipo de investigadores diseñó el exotraje de tal manera que lo hizo liviano y portátil, lo que permite usarlo fácilmente para ayudar tanto a caminar como a correr, ya que permite extender los movimientos de las extremidades y la cadera, sin realizar tanto esfuerzo.

El exotraje está hecho de componentes textiles que se usan en la cintura y los muslos, y un sistema de actuación móvil conectado en la parte inferior de la espalda por un pequeño controlador robótico dirigido por un algoritmo que puede detectar de manera robusta la transición entre el caminar y el correr, y viceversa, lo que podría ayudar a personas en rehabilitación y a personas que requieren estar de pie durante muchas horas, como policías, carteros, enfermeros, médicos, soldados, etc.

Los investigadores probaron el dispositivo robótico de asistencia con varias personas que lo usaron con bandas caminadoras y, en promedio, redujerion sus tasas metabólicas al caminar en un 9.3% y de correr en un 4% en comparación con el caminar y corres sin el dispositivo.

El exotraje permite una locomoción perfecta al caminar y correr en todo tipo de superficies planas, en terreno irregular, cuesta arriba, y correr a distintas velocidades. Fotos: Cortesía de Wyss Institute at Harvard University/Science.

El equipo de científicos está integrado por investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería Biológica de la Universidad de Harvard, la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson y la Universidad de Nebraska, y es dirigido por Conor Walsh. Sin embargo, el exotraje de cadera se desarrolló como parte del antiguo programa Warrior Web de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de la Defensa estadounidense (DARPA) y es la culminación de años de investigación y optimización de la tecnología.

El exotraje utiliza un sistema de accionamiento por cables de actuación que aplican una fuerza de tensión entre el cinturón y las envolturas de tela de los muslos para generar una fuerza externa en la articulación de la cadera que funciona en conjunto con los músculos glúteos. Pesa 5 kilogramos y más del 90% de su peso se ubica cerca del centro de masa del cuerpo; esta concentración del peso combinado con la interfaz de vestimenta flexible minimiza la carga energética y la restricción del movimiento. Esto ayuda a caminar, pero sobre todo a correr ya que las extremidades se mueven más rápido.

Los investigadores se basaron en estudios de neuromecánica de las propiedades dinámicas de las extremidades humanas para lograr un rendimiento eficiente de la locomoción en un amplio rango de velocidades, de esta manera el dispositivo distingue fácilmente entre el caminar y correr, o el realizar flexiones y otros movimientos con las piernas. Puede cambiar sus perfiles de actuación y la cantidad correcta de asistencia que brinda en el momento correcto del ciclo de la marcha o del movimiento, lo cual facilita pasar de caminar a correr y viceversa de manera instantánea.

También analizaron las diferentes cinéticas durante los ciclos de marcha y con esta  información desarrollaron un algoritmo inspirado en la anatomía humana que puede detectar de manera confiable y robusta la transición de una marcha a la otra al monitorear la aceleración del centro de masa de un individuo con sensores conectados al cuerpo.

Con frecuencia, en la producción de robots humaniodes y exoesqueletos las articulaciones artificiales puede desalinearse, el robot ejerce fuerzas que se oponen en lugar de ayudar a los movimientos del usuario, o los movimientos pueden sentirse lento o pesados. Pero el algoritmo permite al exotraje ajustar automáticamente el tiempo de su perfil de actuación al detectar la transición de una marcha a otra.

Los investigadores también construyeron una interfaz para decodificar el impulso neuronal que interviene en la coordinación motora del movimiento de los músculos de las extremidades humanas con las señales transmitidas al exotraje de manera sincronizada, lo cual permitió una locomoción perfecta al caminar y correr en todo tipo de superficies planas, en terreno irregular, cuesta arriba, y correr a distintas velocidades. Lo que demostró su gran versatilidad, ya que puede ayudar a más de una sola actividad.

Este desarrollo se orientará a la optimización de exoesqueletos, así como a robots portátiles y rígidos, ya que el avance de la industria robótica, biónica y cibernética requiere tecnología que ayuden a personas con problemas de locomoción, que necesitan una prótesis robótica, incluso se espera que en el futuro se puedan desarrollar neuroprótesis implantables que ayuden al movimiento humano, que se utilicen por trabajadores en ciertas áreas industriales donde existe riesgo de lesiones, que desempeñan actividades físicamente extenuantes tareas o, incluso, en el equipamiento de soldados para la guerra.

Mexicanos crean antiveneneos más eficaces contra mordeduras de serpientes

Investigadores mexicanos desarrollaron antivenenos de próxima generación con mayor efectividad y una mayor capacidad neutralizante de las neurotoxinas presentes en los venenos de las serpientes más letales del mundo, utilizando una tecnología llamada recombinación genética.

De acuerdo con un artículo publicado esta semana en la revista Nature Communications, investigadores del Instituto de Biotecnología de la UNAM, encabezados por Gerardo Corzo, desarrollaron antivenenos de proteínas recombinantes, es decir, de  la recombinación de secuencias genéticas de algunas de las toxinas de los venenos de serpientes más letales de América, África , Asia y Oceanía.

Los investigadores lograron inmunizar caballos y neutralizar la neurotoxina ScNtx presente en los venenos de serpientes, lo que dará pie a la producción de inmunógenos universales para diseñar nuevos antivenenos.

Se estima que cada año ocurren 5.5 millones de mordeduras de serpientes cada año, produciendo más de 100 mil muertes cada año en todo el mundo. La mordedura de serpiente venenosa es un padecimiento olvidado, especialmente en los países tropicales más pobres.

Tradicionalmente, los antivenenos se obtienen a partir de sueros de animales hiperinmunizados, principalmente de caballos, sin embargo, los antivenenos contienen colecciones de anticuerpos contra componentes relevantes y no relevantes, lo que afectar la eficacia del antiveneno que son especialmente poco eficaces contra las neurotoxinas ScNtx.

Los investigadores usaron la información genetica de la neurotoxina para generar efectos inmunológicos en los caballos quienes resistieron el ataque de ScNtx. Los científicos esperan desarrollar en el futuro un antiveneno de amplio espectro, de gran eficacia y de mayor accesibilidad, a través de este nuevo método único en el mundo.

Comentarios y sugerencias: @abanav y abanav@gmail.com