Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson han desarrollado un exotraje que puede calibrarse individualmente y adaptarse a una variedad de formas de caminar en el mundo real en cuestión de segundos. Hasta la fecha, personalizar la asistencia robótica portátil para la marcha de un individuo requiere horas de ajuste manual o automático, una tarea tediosa para personas sanas y, a menudo, imposible para adultos mayores o pacientes clínicos.
Exosuit desarrollado por Harvard que asiste al caminar
Las mediciones de ultrasonido de la dinámica muscular brindan asistencia personalizada y específica para la actividad.
«La gente rara vez camina a una velocidad constante y en una sola pendiente» —explica Leah Burrows en la descripción del sistema de la que tomamos la información para este artículo— «Cambiamos de velocidad cuando nos apresuramos a ir a la próxima cita, nos encontramos con una señal de cruce de peatones o damos un paseo informal por el parque».
Las pendientes también cambian todo el tiempo, ya sea que vayamos de excursión o por una rampa hacia un edificio. Además de las variables ambientales, la forma en que caminamos está influenciada por el sexo, la altura, la edad y la fuerza muscular y, a veces, por trastornos neurales o musculares como un accidente cerebrovascular o la enfermedad de Parkinson.
Esta variabilidad humana y de tareas es un desafío importante en el diseño de robótica portátil para ayudar o mejorar la marcha en condiciones del mundo real.
Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson han desarrollado un nuevo enfoque en el que la asistencia robótica del exotraje puede calibrarse para un individuo y adaptarse a una variedad de tareas de caminar del mundo real en cuestión de segundos. El sistema bioinspirado utiliza mediciones de ultrasonido de la dinámica muscular para desarrollar un perfil de asistencia personalizado y específico de la actividad para los usuarios del exotraje.
La investigación se publica en Science Robotics . “Nuestro enfoque basado en los músculos permite la generación relativamente rápida de perfiles de asistencia individualizados que brindan un beneficio real a la persona que camina”, dijo Robert D. Howe , profesor de ingeniería de Abbott y James Lawrence y coautor del artículo.
El equipo de investigación ató un sistema de ultrasonido portátil a las pantorrillas de los participantes y tomó imágenes de sus músculos mientras realizaban una serie de tareas de caminata. (Crédito: Harvard Biodesign Lab / Harvard SEAS)
Intentos bioinspirados previos para desarrollar perfiles de asistencia individualizados para exotrajes robóticos centrados en los movimientos dinámicos de las extremidades del usuario
Los investigadores de SEAS adoptaron un enfoque diferente. La investigación fue una colaboración entre el Laboratorio de Biorrobótica de Harvard de Howe , que tiene una amplia experiencia en imágenes de ultrasonido y procesamiento de imágenes en tiempo real, y el Laboratorio de Biodiseño de Harvard , dirigido por Conor J. Walsh , Profesor Paul A. Maeder de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en SEAS, que desarrolla robots portátiles suaves para aumentar y restaurar el rendimiento humano.
“Usamos ultrasonido para mirar debajo de la piel y medimos directamente lo que hacían los músculos del usuario durante varias tareas de caminar”, dijo Richard Nuckols, investigador asociado postdoctoral en SEAS y co-primer autor del artículo. «Nuestros músculos y tendones se adaptan, lo que significa que no hay necesariamente un mapeo directo entre el movimiento de las extremidades y el de los músculos subyacentes que impulsan su movimiento».
El equipo de investigación ató un sistema de ultrasonido portátil a las pantorrillas de los participantes y tomó imágenes de sus músculos mientras realizaban una serie de tareas de caminata.
«A partir de estas imágenes pregrabadas, estimamos la fuerza de asistencia que se aplicará en paralelo con los músculos de la pantorrilla para compensar el trabajo adicional que necesitan realizar durante la fase de empuje del ciclo de caminar», dijo Krithika Swaminathan, estudiante de posgrado en SEAS y la Escuela de Graduados en Artes y Ciencias (GSAS) y co-primer autor del estudio.
El nuevo sistema solo necesita unos segundos de caminata, incluso una zancada puede ser suficiente para capturar el perfil del músculo.
Para cada uno de los perfiles generados por ultrasonido, los investigadores midieron cuánta energía metabólica usaba la persona al caminar con y sin el exotraje. Los investigadores encontraron que la asistencia basada en los músculos proporcionada por el exotraje redujo significativamente la energía metabólica de caminar a través de una variedad de velocidades e inclinaciones.
El exotraje también aplicó una fuerza de asistencia menor para lograr el mismo beneficio de energía metabólica o mejor que los estudios publicados anteriormente.
“Al medir el músculo directamente, podemos trabajar de manera más intuitiva con la persona que usa el exotraje”, dijo Sangjun Lee, estudiante graduado de SEAS y GSAS y coautor principal del estudio. «Con este enfoque, el exotraje no es abrumador para el usuario, sino que trabaja de forma cooperativa con él».
Cuando se probó en situaciones del mundo real, el exotraje pudo adaptarse rápidamente a los cambios en la velocidad y la inclinación al caminar.
A continuación, el equipo de investigación tiene como objetivo probar el sistema realizando ajustes constantes en tiempo real.
«Este enfoque puede ayudar a respaldar la adopción de la robótica portátil en situaciones dinámicas del mundo real al permitir una asistencia cómoda, personalizada y adaptativa», dijo Walsh, autor principal del artículo.
Fuente: Harvard.edu
Go5D: Diagnóstico y predicción de lesiones del sistema músculo esquelético a través de 5G
Los avances en las herramientas de diagnóstico biomecánico del morfotipo que facilitan la asistencia al caminar con tecnologías como el exotraje descrito también son empleadas en el tratamiento y prevención de lesiones, especialmente en entornos deportivos de alto rendimiento.
Ripoll y de Prado Sport Clinic, una de las clínicas punteras en medicina deportiva a nivel internacional, ha puesto en marcha un nuevo proyecto piloto en Andalucía para optimizar el diagnóstico y la predicción de lesiones en los pacientes a través de 5G. Vodafone ha dotado con 5G al sistema de análisis Go5G creado por la clínica para conseguir un diagnóstico biomecánico más acertado de lesiones y deformidades del aparato locomotor, ayudando así a la prevención de las mismas.
El sistema de análisis Go5D supone un antes y un después en el campo de la medicina tal y como se conoce hoy en día. El estudio se realiza en cinco dimensiones, definiendo con exactitud la estructura del morfotipo para la patología del paciente y comparándola con los rangos de normalidad procedentes del Big Data. Go5D permite analizar de forma secuenciada las diferentes alteraciones del pie, los miembros inferiores y la columna vertebral, interrelacionándolas unas con otras. Como resultado de este análisis Go5D se consigue plantear una solución global e integral para el paciente.
Con la implantación del 5G de Vodafone a este estudio, se asegura una mejora en el ancho de banda y la mínima latencia que evitan problemas de pixelado en la transmisión de imágenes, posibilitando una comunicación más eficaz y de calidad al garantizar una óptima transmisión de vídeo en streaming e imagen en alta definición, así como señales de control en tiempo real entre diferentes centros médicos a distancia.
Se consiguen mediciones exactas de última generación, software de alta precisión y, sobre todo, se pone a disposición una metodología más optima en la interpretación de los resultados al poder contar con la valoración de expertos médicos de cualquier clínica.
De este modo, expertos situados a miles de kilómetros podrían recibir toda la información del paciente a tiempo real y ofrecer un diagnóstico certero.
Fuente: Observatorio Vodafone de la Empresa
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