Buscar estrategias que contribuyan al mejoramiento de las capacidades humanas, en gran parte reforzado por posturas como el transhumanismo o posthumanismo, se ha convertido en un objetivo de las invenciones tecnológicas más modernas. De allí que se haga uso de la robótica, inteligencia artificial y otros sistemas para lograr la integración hombre-máquina. Ante este panorama nos encontramos con innovaciones como el exoesqueleto mecánico o exoesqueleto robótico.

Se trata de una herramienta que puede ayudar al hombre a realizar de una manera mucho más eficiente sus actividades diarias. ¿Quieres saber qué es y cuáles son las características de un exoesqueleto humano? ¡Te invitamos a seguir leyendo este artículo que hemos preparado para ti en Futuro Eléctrico!

Tabla de contenidos

Qué es un exoesqueleto mecánico

Desarrollo en laboratorio de un exoesqueleto mecánico

Un exoesqueleto humano se define como una especie de máquina o armazón mecánico (exosuits o exotrajes) que puede ser usado por las personas. Su finalidad es que su portador pueda realizar actividades fácilmente, por ejemplo, cargar peso y también son útiles para aliviar condiciones médicas.

La primera vez que se usó un exoesqueleto mecánico fue en 1890 por el ingeniero ruso Nicholas Yagn, quien diseñó un aparato para ayudar al movimiento de las personas. Posteriormente, en 1960, General Electric y las Fuerzas Armadas de Estados Unidos presentaron un traje denominado Hardiman, que permitía levantar 110 kilogramos, pero el humano sentía que estaba cargando 4,5 kilogramos.

En 1972 se probó un exoesqueleto activo para la rehabilitación de parapléjicos. Los años posteriores fueron de avances e investigaciones. De hecho, Monty Reed, un guardabosques del ejército estadounidense que se había roto la espalda en un accidente de paracaídas, fue uno de los principales impulsores de la idea de crear un exoesqueleto mecánico con finalidad militar.

En la actualidad existe un exoesqueleto mecánico que añade motores para aportar movimiento y fuerza a los niños con atrofia muscular. Fue diseñado con fines pediátricos por el CSIC y la empresa Marsi Bionics. En otras palabras, esta máquina o armadura al ser puesta otorga capacidades que no se podrían tener sin él.

Con los avances de la tecnología, el exoesqueleto humano se ha convertido en todo un hito, que cada día mejora y evoluciona. Probablemente, en el futuro veamos cómo impacta en los ciborgs o en la tecnología ponible.

Características de los exoesqueletos mecánicos

Empleando cargando peso con exotraje

  • Un exoesqueleto mecánico debe ser ligero y que no represente ningún daño para la persona que lo utiliza. De esta manera, no puede provocar una mala postura corporal o ser excesivamente pesado.
  • Debe contar con funciones protectoras para el cuerpo de la persona.
  • Los exoesqueletos humanos tienen que ser adaptables a distintas necesidades.
  • En la medicina, un exoesqueleto mecánico tiene que poseer la característica de recuperar capacidades que el afectado ha perdido.
  • No puede invadir el espacio de trabajo de una persona. Tiene que permanecer pegado al cuerpo de una manera poco invasiva.
  • La estructura tiene que soportar el peso del cuerpo así como el peso del exoesqueleto y sus componentes.
  • Deben tener una fuente de energía que usualmente proviene de pequeñas baterías.
  • Los sensores que capturan los movimientos humanos son una pieza infaltable.

Cómo funciona un exoesqueleto robótico

Desarrollo de exotraje para humanos

Hay dos componentes básicos que influyen en el funcionamiento de un exoesqueleto robótico: los controladores y los actuadores. En el primer caso, se trata de una computadora a bordo que toma la información capturada, se puede decir que es el cerebro del exoesqueleto. Por su parte, los actuadores son motores eléctricos o hidráulicos que ejercen el movimiento.

Los exoesqueletos robóticos tienen sus piezas elaboradas en fibra de carbono. Están equipados con un conjunto de sensores biométricos que detectan las señales nerviosas que el cerebro envía a los músculos de las extremidades. La unidad de procesamiento del exoesqueleto mecánico las procesa y posteriormente responde a estas señales.

El exoesqueleto humano tiene la capacidad de actuar o iniciar una acción en apenas una fracción de segundo. Evidentemente, la acción que emprende un exoesqueleto va a depender exclusivamente de la función para la cual fue diseñado. Sin embargo, por lo general, imitan el acto del movimiento humano que le corresponde.

Por otro lado, el funcionamiento de un exoesqueleto humano puede verse afectado en dependencia de si pertenece al grupo de las estructuras de apoyo pasivas o al grupo de las activas. De esta manera, en las estructuras de apoyo pasivas no disponen de un accionamiento controlado activamente. Por el contrario, las estructuras de apoyo activas poseen componentes que contribuyen adicionalmente a reducir la fuerza y a reducir la carga.

Ventajas del exoesqueleto robótico

Mejora de la postura corporal con exoesqueleto mecánico

  • Tienen aplicaciones extensas que van desde el uso médico hasta militar.
  • Su utilidad se extiende hasta la Industria 4.0, donde se espera que ayude a los empleados a mejorar los procesos de producción y logística.
  • Evita el número de accidentes de salud en los sitios de trabajo. Por ejemplo, en la construcción el índice de lesiones es del 70 %. No obstante, con un exoesqueleto robótico esta estadística puede bajar drásticamente.
  • Ayuda a personas con movilidad reducida o problemas motores a poder llevar una vida con normalidad.
  • Los investigadores y científicos pueden estudiar cómo se comporta el cuerpo humano ante la aplicación de una carga externa.
  • Son una inversión a largo plazo. Las empresas que los empleen pueden tener grandes beneficios de operatividad.
  • Las configuraciones de los exoesqueletos mecánicos evolucionarán permitiendo agregar novedosas funciones.
  • Un humano podrá levantar peso que de otra manera sería imposible. Al respecto, tan solo sentirá que recogió un bolígrafo que se le acaba de caer al suelo.
  • Economizan tiempo en las industrias.
  • Tendrán un lugar en el futuro de la robótica en aquellos casos donde aún se necesita a seres humanos para dirigir o controlar un dispositivo robótico.
  • Se están abriendo nuevas posibilidades de tratamientos de rehabilitación. En ese sentido, los exoesqueletos de rehabilitación buscan integrar la impresión 3D e impresión 4D, la robótica y la realidad virtual. Al añadir estos nuevos campos, lo que se pretende es desarrollar diseños mejorados teniendo en cuenta las necesidades fisiológicas de cada paciente.
  • Brinda mayor eficacia al aparato muscular, ya que proporciona una función protectora, de respiración y mecánica.

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Aplicación de exoesqueletos robóticos

Aplicación de exotraje en el sector de construcción

En medicina

La primera aplicación de un exoesqueleto mecánico se encuentra en la medicina. Un ejemplo son los exoesqueletos de SuitX, que ayudan a las personas a caminar. También sirven para proteger ciertas áreas del cuerpo como espalda, hombros, rodillas y codos. Estos exoesqueletos mecánicos tienen un costo de entre 3000 y 5000 dólares.

Otro ejemplo de aplicación de un exoesqueleto mecánico en medicina es el ExoAtlet, un modelo que se encuentra siendo utilizado en clínicas de rehabilitación en Rusia. Este instrumento sirve para poner de pie a personas con traumas en el aparato locomotor.

Por otro lado, está en el mercado Atlas 2020, un exoesqueleto de nueve kilos que soporta un peso máximo de 40 kilogramos, pensado para niños. El Atlas 2020 hace que los niños afectados por atrofia muscular espinal (AME) puedan conseguir andar por primera vez.

Los avances de los exoesqueletos robóticos en medicina son múltiples. De esta manera, científicos franceses de la empresa Clinatec, crearon en 2019 un exoesqueleto mecánico que puede ser controlado por la mente. Para lograr que funcionara, se implantaron dos sensores inalámbricos (microchips) en su cerebro, justo en la parte que controla la sensación y la función motora.

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Exoesqueleto mecánico para ayudar a trabajadores esenciales

Industrias indispensables como la construcción, manufactura, logística, de extracción y de almacenamiento reportan anualmente un elevado número de lesiones laborales. De acuerdo con datos del Ministerio de Trabajo y Economía Social de España, casi en el 50 % de los casos, esos accidentes tuvieron que ver con sobresfuerzos músculo-esqueléticos, esguinces o dislocaciones.

Sin embargo, a través de la utilización de exoesqueletos se pueden evitar o reducir este número de accidentes, que en la mayoría de los casos deriva en la baja de un trabajador y en la incapacidad laboral. Algunas empresas ya hacen uso de exoesqueletos robóticos para ayudar a sus trabajadores.

En ese sentido, Iveco, en conjunto con los departamentos de Ingeniería y de Seguridad y Salud Laboral de una startup suiza, mostró un exoesqueleto humano que ayudará en estos casos. Este permite al operario realizar determinadas funciones en una posición ergonómicamente similar a la que se adopta cuando la persona está sentada. Así, el peso del cuerpo  se descarga sobre una estructura externa que reduce la tensión y la fatiga de las extremidades inferiores.

Telice, en España, probó varios modelos de exoesqueletos pasivos. Las pruebas se realizaron en el tendido de catenaria y la sustitución de canaleta de comunicaciones. Ikea también se ha atrevido a hacer uso de exoesqueletos humanos. Los trabajadores usaron exoesqueletos de 2,5 kilos para repartir al 50 % el esfuerzo exigido entre el trabajador y la máquina. Según la compañía, hubo una reducción en el dolor lumbar, dorsal o lesiones en las articulaciones por exceso de peso o un mal movimiento de los empleados.

Uso militar

Las aplicaciones militares de un exoesqueleto son cada vez más frecuentes, aunque esta área sigue en desarrollo. A pesar de ello, ha habido avances como el traje ONYX de Lockheed Martin, cuyo objetivo ayudar a los soldados a realizar tareas que son fuertes para las rodillas, como cruzar terrenos difíciles.

Por otro lado, MAXFAS es un exoesqueleto mecánico diseñado por un ingeniero mecánico que trabaja como investigador para la Marina de Estados Unidos. Su propósito es mejorar drásticamente la puntería de la persona que lo utiliza. A diferencia de otros tipos de exoesqueletos, MAXFAS, solo se coloca en un brazo, dejando totalmente libre el resto del cuerpo.

Para evitar accidentes, MAXFAS está equipado con la inteligencia necesaria para diferenciar los movimientos voluntarios del tirador de las vibraciones involuntarias. Según su desarrollar, está actualmente trabajando en un modelo portátil que los soldados puedan cargar consigo encima durante las maniobras y las misiones reales.

Exoesqueletos como uniformes de trabajo

En el futuro, un trabajador podrá llevar un exoesqueleto mecánico como parte de su uniforme. Esta es una de las aplicaciones principalmente para grandes industrias como la automotriz y permitirá que los empleados gocen de mayor autonomía y mejorar su posición corporal.

En China, este concepto ya empieza a ser una realidad. La China Aerospace Science and Industry Corp (CASIC) presentó un exoesqueleto robótico que pesa solo 5 kg. Será utilizado por los bomberos para combatir los incendios forestales. Estos exoesqueletos podrán ser puestos en menos de un minuto.

Según explicó la CASIC, este exoesqueleto mejorará la capacidad de carga de los bomberos hasta 50 kilos, facilitando sus movimientos en entornos complicados como las zonas de montaña y los bosques. De igual manera, la compañía China Ele ensaya con exoesqueletos humanos como parte del uniforme reglamentario para ayudar a sus repartidores de comida a cargar hasta 50 kg de peso.

Palabras finales

Un exoesqueleto mecánico puede ser de utilidad para diferentes ámbitos de la vida. Por supuesto, aún quedan muchos retos por superar, por ejemplo, los elevados costos de los exosuits, que rondan hasta los 75.000 dólares por unidad, así como entrenamiento para los trabajadores, en el caso de que sean utilizados en las industrias. ¿Crees que esta integración hombre-máquina sea la nueva normalidad? ¡Nos leemos en los comentarios!