Caminata poderosa: los ingenieros desarrollan un exoesqueleto motorizado para ayudar a los amputados a caminar con menos esfuerzo
El profesor asistente de ingeniería mecánica de la Universidad de Utah, Tommaso Lenzi (izquierda), ayuda a Alec McMorris a ponerse un exoesqueleto experimental que Lenzi ha desarrollado para amputados de las extremidades inferiores. El exoesqueleto de potencia ligera permite a los usuarios caminar con mucho menos esfuerzo gracias a una serie de motores, microprocesadores y algoritmos avanzados. Crédito: Dan Hixson/Facultad de Ingeniería de la Universidad de Utah
Stan Schaar, quien perdió la pierna izquierda en un accidente mientras ayudaba a un vecino, nunca pensó que volvería a sentir la sensación de caminar sin esfuerzo con dos piernas sanas.
Luego se puso un nuevo exoesqueleto experimental desarrollado por ingenieros mecánicos en el Laboratorio de Ingeniería Biónica de la Universidad de Utah.
«Sentí como si un gran viento estuviera detrás de mí, empujándome por el camino». dice el hombre de 74 años del condado de Salt Lake, Utah, sobre el uso del nuevo dispositivo.
Schaar fue uno de la media docena de amputados de las extremidades inferiores que probaron el nuevo exoesqueleto diseñado por un equipo de investigadores de la Universidad de investigadores de Utah dirigidos por el profesor asistente de ingeniería mecánica Tommaso Lenzi.
El exoesqueleto, que se envuelve alrededor de la cintura y la pierna del usuario, utiliza motores eléctricos alimentados por baterías y microprocesadores integrados que permiten que una persona amputada camine con mucho menos esfuerzo.
La investigación del grupo se documentó en un nuevo artículo publicado en la revista Nature Medicine. Además de Lenzi, los coautores del artículo incluyen a los estudiantes graduados de ingeniería mecánica de la U Marshall K. Ishmael y Dante A. Archangeli.
Reducción de la calidad de vida
La amputación por encima de la rodilla reduce gravemente la movilidad y la calidad de vida de millones de personas, en gran parte porque gran parte de los músculos de la pierna se extraen durante la cirugía.
«La consecuencia de esto, a pesar de que tienes la capacidad de mover la cadera, es que tus habilidades para caminar están muy deterioradas», dice Lenzi. «Hay una falta de fuerza y de rango de movimiento».
Una pierna protésica estándar para amputados no puede replicar completamente las funciones biomecánicas de una pierna humana. En consecuencia, los amputados por encima de la rodilla trabajan más mientras caminan, ya que sobreesfuerzan los músculos del miembro residual y del miembro intacto para compensar la falta de energía de la prótesis.
El objetivo del exoesqueleto de Lenzi es proporcionar esa energía adicional. así que caminar se siente natural otra vez. El dispositivo cuenta con un actuador electromecánico eficiente y liviano conectado al muslo del usuario por encima de la amputación. Un arnés alrededor de la cintura contiene sistemas electrónicos personalizados, microcontroladores y sensores que ejecutan algoritmos de control avanzados. «La IA del exoesqueleto entiende cómo se mueve la persona y ayuda a cómo se mueve la persona», dice Archangeli. El actuador se puede intercambiar entre el lado derecho e izquierdo del arnés principal para adaptarse a cualquiera de las piernas.
Investigadores de ingeniería mecánica de la Universidad de Utah han desarrollado un exoesqueleto motorizado liviano que ayuda a las personas con amputaciones de extremidades inferiores a caminar con mucho menos esfuerzo. El dispositivo utiliza motores, microprocesadores y algoritmos avanzados para ayudar a los usuarios a caminar, al igual que una bicicleta eléctrica ayuda a los ciclistas a pedalear cuesta arriba. Crédito: Facultad de Ingeniería de la Universidad de Utah.
Como una bicicleta eléctrica
A diferencia del traje motorizado que le da fuerza adicional al superhéroe de Marvel, Iron Man, u otros trajes de exoesqueleto que ayudan a los trabajadores a levantar cargas pesadas, el traje de Lenzi El exoesqueleto le da al usuario la potencia extra suficiente para caminar. El profesor lo compara con una bicicleta eléctrica con un motor que ayuda al ciclista a pedalear cuesta arriba.
El equipo de investigadores realizó un estudio en el que seis personas con amputaciones por encima de la rodilla probaron el exoesqueleto mientras su Se registró la tasa metabólica. Los pacientes caminaron en una caminadora con y sin el dispositivo encendido mientras se les midió el consumo de oxígeno y los niveles de dióxido de carbono.
Todos los que probaron el exoesqueleto mejoraron su tasa metabólica, es decir, redujeron su consumo de energía en un promedio de 15.6 % con él puesto, dice Lenzi.
«Es equivalente a quitarse una mochila de 26 libras. Esa es una gran mejora», dice. «Estamos muy cerca de lo que gastaría una persona promedio a la misma velocidad. El consumo metabólico es casi indistinguible del de una persona sin discapacidad, dependiendo del nivel de condición física».
Otro factor clave es que este dispositivo es singularmente liviano, dice Lenzi. El marco está hecho de un material de fibra de carbono, mientras que otras partes están construidas con compuestos de plástico y aluminio. En total, el exoesqueleto solo pesa 5.4 libras.
«Camina por millas»
Para Schaar, la experiencia de usar el exoesqueleto fue lo más cercano a su pierna humana, dice. .
«La primera vez que lo usé, fue como si mis músculos estuvieran totalmente fusionados con este exoesqueleto, y los estaba ayudando a moverse más rápido», dice el administrador informático jubilado. «Ayudó a que mi pierna se relajara y simplemente avanzara y caminara. Probablemente podría caminar millas con esto puesto porque estaba ayudando a que mis músculos se movieran».
Hace siete años, Schaar estaba ayudando a su amigo a saltar. -iniciar dos camionetas cuando uno de los vehículos se tambaleó accidentalmente hacia adelante, aplastando la pierna de Schaar. En la cirugía de amputación subsiguiente, así como durante una cirugía de seguimiento, los médicos tuvieron que extirpar gran parte de los músculos de sus piernas.
«Soy una persona a la que no le queda mucho músculo en mi muñón», dice. «Este dispositivo compensa mucho de lo que tenían que quitar. No hay nada que pueda reemplazar una pierna de carne y hueso, pero esto se acerca bastante. Espero que lo saquen al mercado pronto».
Lenzi dijo que ese momento podría pasar rápidamente. Él cree que el exoesqueleto podría estar disponible en un par de años.
Explore más
Los ingenieros desarrollan una pierna biónica computarizada para ayudar a las personas amputadas a caminar más rápido, más fácil y con mejor equilibrio amputación, Nature Medicine (2021). DOI: 10.1038/s41591-021-01515-2. www.nature.com/articles/s41591-021-01515-2 Información de la revista: Nature Medicine
Proporcionado por la Universidad de Utah Cita: Power walk: los ingenieros desarrollan exoesqueleto motorizado para ayudar a los amputados a caminar con menos esfuerzo (11 de octubre de 2021) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-10-power-powered-exoskeleton-amputees-effort.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.