¿Tendremos alguna vez exoesqueletos de Iron Man?

Mano exoesquelética de Festo

La mueca amenazante, intercambiada en la naturaleza por bestias armadas hasta los dientes, se ha transformado entre los hombres civiles en una sonrisa cálida pero ineficaz: un trato fáustico que cuestionamos cada vez que un gruñido profundo nos sobresalta en un trote crepuscular. Los informes de la vanguardia de la ciencia nos atormentan con la capacidad de recuperar poderes perdidos a través del artificio del maquinista, sin embargo, ¿cuándo serán prácticas estas tecnologías y cómo se verán?

En aras del análisis, es conveniente imponer dos filosofías de diseño contrastantes a los muchos enfoques adoptados hasta ahora. Los mejores diseños japoneses, encarnados por la serie HAL-5 de Cyberdyne, son exoesqueletos biomiméticos ligeros y ágiles utilizados para aplicaciones médico-protésicas. Por lo general, funcionan con servomotores eléctricos y se controlan mioeléctricamente mediante señales captadas por electrodos en la piel. Por otro lado, los diseños americanos favoritos, como el XOS-II de Sarcos Raytheon, son dispositivos más pesados, impulsados ​​hidráulicamente y controlados por retroalimentación de fuerza orientados a las necesidades de elevación y transporte de los militares. Ambos enfoques utilizan una tecnología madura y de vanguardia, pero se quedan miserablemente cortos de proporcionar algo parecido a una experiencia similar a Iron Man. A través de la comprensión de sus limitaciones e imaginando nuevas tecnologías que podrían llenar los vacíos, se podría imaginar algo más aceptable.

El estado actual de la técnica

Exoesqueleto de SarcosSarcos no anuncia sus algoritmos de control utilizados en el XOS-II, pero se pueden inferir los conceptos básicos. En reposo, el traje mantiene todas sus articulaciones en equilibrio con las cargas que se les colocan de manera que no hay movimiento neto. Si el usuario desea, por ejemplo, levantar más un objeto de 100 libras (45 kg) que ya está sostenido en un ángulo de 90 grados por su brazo, simplemente comienza el movimiento correspondiente usando una fuerza muscular aproximada que representa quizás el 5 o el 10% de la anticipada. fuerza realmente necesaria.



Dado que no había una carga neta inicial en los sensores de fuerza en la articulación correspondiente, la adición de fuerza muscular relativamente débil se detecta fácilmente. Entonces se emite el comando para accionar la válvula correspondiente para suministrar un volumen de fluido apropiado para impulsar el movimiento estimado. Si bien es efectivo, este método de control es relativamente lento y no responde. El uso de un solo sensor de fuerza, y quizás un codificador absoluto o incremental por articulación, palidece en comparación con el espectro completo de enervación sensorial encontrado para una articulación humana correspondiente.

El sistema de detección mioeléctrica HAL-5 cierra esta brecha particularmente bien para los sistemas de servomotores con poca potencia que operan con proporciones más bajas de amplificación de fuerza, pero requiere un tiempo extenso de configuración y calibración para el primer uso. A relaciones de resistencia más altas de 10x o más como las que se encuentran en el XOS-II, los mioeléctricos externos serían poco confiables y quizás incluso peligrosos, ya que los pequeños cambios en las variables como la impedancia de los electrodos a lo largo del tiempo se magnificarían en grandes errores. Acoplamiento más íntimo usando nuevas tecnologías de interfaz del cerebro y la columna vertebral Sin duda, aportará importantes mejoras a ambos sistemas.

Exoesqueleto Cyberdyne HAL-5El HAL-5 es tan ligero y sus servomotores tan pequeños que solo requiere energía de la batería. Para aplicar un par significativo usando una relación de transmisión alta, el HAL-5 emplea engranajes de transmisión armónicos que tienen severas restricciones en los tipos de cargas impulsivas que se pueden entregar o absorber. La energía de los fluidos, como la neumática o la hidráulica, puede potencialmente entregar fuerzas mucho más altas sin estas preocupaciones, pero en sus encarnaciones actuales, se introducen ineficiencias significativas en la conversión de energía. La correa que se desvanece y desaparece en el fondo de las imágenes de XOS-II lanzadas atrae al ojo crítico para que imagine una verdadera montaña de bombas hidráulicas, refrigeradores y acumuladores en el otro extremo. Sin embargo, por el momento, Sarcos pide al estilo del Mago de Oz que 'no prestemos atención al hombre detrás de la cortina'.

El futuro de los exoesqueletos

Recientemente, en la Universidad de Vanderbilt se exploró un concepto interesante para sortear las limitaciones de la hidráulica convencional. De una manera que recuerda al jet pack Bell de la década de 1950, se usó un catalizador de platino para descomponer violentamente el peróxido de hidrógeno en vapor, que luego podría usarse para impulsar los cilindros de fluido de un brazo robótico. El potencial de doble uso de este combustible versátil no pasó desapercibido para los observadores más astutos, que imaginaron el uso tanto para el vuelo como para la destreza manual motorizada. La construcción de válvulas que pueden mantener la dimensión y el sellado bajo repetidas variaciones de temperatura, así como el peligro y la vida útil limitada del combustible de peróxido siguen siendo problemas por resolver.

Otras pistas sobre cómo podríamos construir los sistemas de transporte exoesquelético del futuro provienen del calzado modificado, caprichosamente apodado como 'botas cohete de Rusia'. Las botas no son cohetes reales, sino más bien un solo cilindro de motor diesel que puede detonarse en el instante preciso necesario para aumentar el paso del usuario con potencia adicional. Si bien es posible obtener una ventaja significativa en la locomotora con estos dispositivos, se podría obtener un impulso mucho mayor utilizando los dispositivos simples y pasivos comúnmente conocidos como Powerisers. Estos apéndices flexibles se pueden describir mejor como un Pie flexible olímpico de Oscar Pistorious con esteroides. Como se demuestra en el video a continuación (baje el sonido), se puede lograr saltar y voltear autos con una práctica suficiente. El matrimonio exitoso de dispositivos como estos, utilizando la potencia del pistón impulsivo para precargar o modular la potencia elástica recuperable, quizás con alguna forma de control dinámico de la tensión, puede conducir a sistemas exoesqueléticos que generan un poco más de excitación.

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