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Avances en la tecnología de exosuits para la rehabilitación

Nuevos diseños en exosuits tienen como objetivo ayudar a personas con discapacidades motoras.

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Las tecnologías portátiles se han convertido en una herramienta importante para ayudar a las personas con discapacidades. Estos dispositivos pueden asistir a individuos que tienen dificultades para mover sus brazos o piernas debido a lesiones, enfermedades o condiciones relacionadas con la edad. En los últimos años, los investigadores se han centrado en diseñar exosuits, que son ligeros y fáciles de usar. Estos exosuits ayudan a las personas a realizar actividades diarias al proporcionar soporte sin ser demasiado restrictivos.

La importancia de los exosuits

Los exosuits son cada vez más populares en el campo de la rehabilitación y los dispositivos de asistencia. Pueden ayudar a las personas a recuperar la independencia en su vida diaria. La tecnología detrás de estos trajes ha avanzado, lo que permite a los desarrolladores crear dispositivos que no obstaculizan el movimiento natural. Esto hace que los exosuits sean particularmente adecuados para el uso diario. Entre los diferentes tipos de exosuits, aquellos impulsados por cables son prometedores porque están bien desarrollados y pueden ser controlados más fácilmente.

Desafíos con los exosuits actuales

Muchos exosuits dependen de Sensores de fuerza para medir cuánto soporte proporcionan al usuario. Sin embargo, estos sensores pueden hacer que los exosuits sean más complejos y costosos. Eliminar estos sensores podría simplificar el diseño y hacer que los dispositivos sean más asequibles. Esto es ventajoso para poner estas tecnologías en manos de los usuarios que las necesitan.

Un nuevo enfoque en el diseño de exosuits

Los investigadores han propuesto un nuevo diseño para un exosuit impulsado por cables que no utiliza sensores de fuerza. En su lugar, se centraron en hacer el traje lo más cómodo y ligero posible. El objetivo era crear un sistema que pudiera medir y controlar de manera efectiva el soporte proporcionado al brazo del usuario sin la complejidad adicional de los sensores de fuerza.

Pruebas del exosuit

Para evaluar la efectividad del nuevo exosuit, se realizó un estudio con participantes sanos. Se les pidió que realizaran tareas mientras usaban el exosuit, que apoyaba su brazo mientras lo levantaban y lo bajaban. Los investigadores midieron qué tan bien el traje seguía los movimientos deseados y cuánto esfuerzo exertían los usuarios durante las tareas.

Resultados del estudio

Los participantes que usaron el exosuit mostraron que podía reducir efectivamente la activación de los músculos que se utilizan para levantar el brazo. Esto sugiere que el traje estaba proporcionando el soporte necesario para asistir a los usuarios durante las tareas que realizaban. Sin embargo, se reportó cierta incomodidad en las áreas del cuello y los hombros, lo que indica que se podrían hacer más ajustes para mejorar el ajuste y la comodidad del traje.

Comprendiendo la Actividad Muscular

La actividad muscular se midió utilizando electrodos colocados en varios grupos musculares. Los resultados mostraron que con el traje, los músculos responsables de levantar el brazo tenían niveles de actividad reducidos. Esto significa que el exosuit estaba cumpliendo su función al proporcionar soporte y ayudar a disminuir la tensión en esos músculos. Si bien el traje fue efectivo, afectó la suavidad del movimiento, lo que indica la necesidad de que los diseños futuros mejoren aún más la comodidad.

El papel de la Fricción

Otro desafío en el diseño de estos exosuits es la fricción que ocurre en los cables utilizados para transmitir la fuerza. La fricción puede variar dependiendo de cómo se enruten y posicionen los cables. Al comprender y modelar estas fuerzas de fricción, los investigadores pueden crear exosuits más eficientes que respondan mejor a los movimientos del usuario.

Direcciones futuras

Los hallazgos iniciales indican que eliminar sensores del diseño de los exosuits es factible. Hay potencial para mejorar la tecnología utilizada en estos trajes, haciéndolos más simples y fáciles de usar. También hay necesidad de centrarse en la ergonomía del diseño para reducir la incomodidad para el usuario.

Conclusión

Los exosuits portátiles tienen el potencial de hacer una diferencia significativa en la vida de las personas con discapacidades motoras. A medida que la investigación continúa, el objetivo es crear exosuits que sean asequibles, cómodos y efectivos para apoyar a los usuarios mientras realizan tareas cotidianas. El desarrollo de dispositivos más simples sin la necesidad de sensores complejos podría llevar a un uso y aceptación más amplios de esta valiosa tecnología.

Fuente original

Título: Sensorless model-based tension control for a cable-driven exosuit

Resumen: Cable-driven exosuits have the potential to support individuals with motor disabilities across the continuum of care. When supporting a limb with a cable, force sensors are often used to measure tension. However, force sensors add cost, complexity, and distal components. This paper presents a design and control approach to remove the force sensor from an upper limb cable-driven exosuit. A mechanical design for the exosuit was developed to maximize passive transparency. Then, a data-driven friction identification was conducted on a mannequin test bench to design a model-based tension controller. Seventeen healthy participants raised and lowered their right arms to evaluate tension tracking, movement quality, and muscular effort. Questionnaires on discomfort, physical exertion, and fatigue were collected. The proposed strategy allowed tracking the desired assistive torque with an RMSE of 0.71 Nm (18%) at 50% gravity support. During the raising phase, the EMG signals of the anterior deltoid, trapezius, and pectoralis major were reduced on average compared to the no-suit condition by 30%, 38%, and 38%, respectively. The posterior deltoid activity was increased by 32% during lowering. Position tracking was not significantly altered, whereas movement smoothness significantly decreased. This work demonstrates the feasibility and effectiveness of removing the force sensor from a cable-driven exosuit. A significant increase in discomfort in the lower neck and right shoulder indicated that the ergonomics of the suit could be improved. Overall this work paves the way towards simpler and more affordable exosuits.

Autores: Elena Bardi, Adrian Esser, Peter Wolf, Marta Gandolla, Emilia Ambrosini, Alessandra Pedrocchi, Robert Riener

Última actualización: 2024-06-26 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2406.18412

Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2406.18412

Licencia: https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/

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