Japón insiste en el desarrollo y la mejora de exoesqueletos robóticos
Hay sonrisas amables en las caras de los estudiantes de ingeniería más allá de sus ordenadores e inacabados diseños de gadgets en el laboratorio de Tokio, como intentar levantar 40 kilos de arroz; y es que lo que se está tramando entre esas paredes es como para sonreírle al mundo.
El proceso es sencillo: un sujeto se pone de cuclillas y el estudiante se encarga de depositar sacos de grano en sus brazos extendidos, presiona un interruptor y se percibe el sonido de un escape de aire mientras las caderas son impulsadas hacia delante y las piernas se estiran hasta que están en posición vertical. La sorpresa: la carga es ligera como una pluma.
Esto es gracias a los estudiantes y profesores, y a su biónico traje de músculos que se fija a las caderas, brazos y hombros del sujeto por un cinturón y correas. Este traje, también llamado exoesqueleto, cuenta con un cuerpo de aluminio y “mangas” que están articuladas en codos y hombros. Mientras tanto, las placas situadas por los laterales de las piernas contrarrestan la potencia inyectada en cuatro músculos artificiales unidos a la parte posterior del bastidor, asegurando el equilibrio y asemejándose a una carretilla elevadora humana.
Exoesqueleto desarrollado por el equipo de Keijiro Yamamoto en el Instituto de Tecnología de Kanagawa
Pero esto no es un robot de ciencia-ficción, sino que es uno de los exoesqueletos que están siendo desarrollados por Hiroshi Kobayashi y su equipo de investigación de la Universidad de Ciencia de Tokio. Este no es el primer prototipo – el de Hardiman en 1965 de General Electric se lleva los laureles – pero sí puede ser el primero en superar los problemas técnicos que han echado por tierra las expectativas de muchos proyectos anteriores, incluidos los de Hardiman.
En los últimos años ha habido creaciones más exitosas, como el HULC de Ekso Bionics y el XOS 2 de Raytheon Corp. – ambos desarrollados para propósitos militares por Estados Unidos. Robot Suit HAL, desarrollado en la Universidad de Tsukuba, ha despertado el interés militar, pero cuenta con una versión disponible para alquiler de 160.000 yenes al mes.
A pesar de que estos avances van más rápido en las poblaciones de los países más ricos del mundo, hay una carrera por desarrollar dispositivos para proporcionar ayuda a la movilidad de los enfermos y discapacitados, y para ayudar al personal encargado de levantar a los pacientes en servicios de atención personal y en hospitales.
Un ejemplo de ello es el ReWalk con el que el británico Claire Lomas, paralizado del pecho hacia abajo después de un accidente de equitación, completó el maratón de Londes en 16 días en Mayo.
Teniendo en cuenta la rapidez de envejecimiento de la sociedad, donde el 40% de la población tendrá más de 65 años en 2045, no es de extrañar que Japón haya visto un aumento en el desarrollo de estos dispositivos. De hecho, en 2010 el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología destaca la necesidad de dispositivos robóticas en una sociedad donde cada vez más los ancianos serán cuidados por ancianos.
También hay una creciente necesidad de estos equipos en las actividades intensivas en mano de obra como la construcción y la agricultura, sectores en los que la Unión Europea, tras un estudio, ha encontrado trastornos músculo-esqueléticos (MSDs) tales como el dolor de espalda, que afecta a 100 millones de ciudadanos al año y representan casi la mitad de todas las ausencias en el trabajo. En los Estados Unidos las lesiones lumbares son las culpables de 100 millones de días de trabajo perdidos por los trabajadores en un año.
Si bien no hay datos de esta índole disponibles en Japón, los datos recogidos por el Centro de Información de Seguros revelan que hubo 575.00 accidentes de trabajo que se reclamaron a las aseguradoras en 2010.
Prototipo de SAYA, el robot-profesor del Laboratorio de Koba en la Universidad de Ciencias de Tokio
Sin embargo, el coste para la sociedad no es meramente monetario, afirma Keijiro Yamamoto, profesor del Instituto de Tecnología de Kanagawa, una de las empresas pioneras en exoesqueletos en Japón; ya que es más la cantidad de casos que se pueden oír de número de enfermeras y cuidadores que tienen que dejar sus empleos debido a los trastornos causados por incorporar a los enfermos en el trabajo. “Se me ocurrió que si había una manera de ayudar en este tipo de trabajos forzosos a través de una máquina, entonces estos problemas desaparecerían”.
Su exoesqueleto, sin duda, es una buena ayuda. Construido alrededor de un marco de aluminio del que sobresale una masa de alambres, cables, airbags y líneas de aire comprimido; los actuadores del traje, en las extremidades, que son accionados por aire comprimido, pueden resistir hasta 100 kg de peso.
Anteriores prototipos de este traje llegaban a pesar 30 kg y los usuarios tardaban alrededor de 15 minutos en colocárselos, pero una nueva versión simplificada, que elimina los airbags voluminosos a favor de cilindros de aire más compactos, se dará a conocer a finales de este año.
Mientras tanto, el exoesqueleto de Kobayashi que mencionábamos al principio en el proceso de levantamiento de sacos de arroz será explotado de dos formas: la primera está prevista que sea de forma comercial para alquilarlo por unos 15.000 yenes al mes y el otro dirigido a la industria de la enfermería.
La principal diferencia entre las invenciones de Yamamoto y Kobayashi se encuentra en los actuadores. Para alcanzar un alto grado de potencia manteniendo una demanda de peso mínimo, el traje de Kobayashievita la utilización de grandes actuadores eléctricos e hidráulicos y en su lugar utiliza músculos neumáticos artificiales (PAMs) – ligero, de malla con revestimiento de vejigas de goma –. El fijado en los cables de movimientos y las poleas que activan espalda y brazos responden a los sensores de movimiento.
Otra versión de los PAM está siendo desarrollada por el equipo de la Universidad de Okayama, a pesar de que éste no tiene carcasa y sus actuadores de goma se fijan directamente al cuerpo.
Una enfermera y el HAL de enfermería asistiendo a un paciente
Uno de los problemas que enfrentan los tres desarrolladores japoneses – Kobayashi, Yamamoto yNortisugu – es la obtención de una fuente de energía óptima. Adaptada, se puede conectar a compresiones de aire en posiciones fijas de una fábrica u hospital y los trajes más voluminosos podrían llegar a ser utilizados. Sin embargo, en ambientes más abiertos la versatilidad de los trajes está en entredicho.
Kobayashi y Yamamoto están tratando de desarrollar una fuente de energía portátil con cilindros compactos de aire, mientras que un equipo de la Universidad de Tsukuba, en la prefectura de Ibaraki bajo el mando deYoshiyuki Sankai están tratando de evitar el problema en su HAL mediante el uso de baterías recargables de polímero de litio que pueden durar hasta 8 horas.
Además de un traje robot completo, Sankai ha introducido recientemente versiones dirigidas a las industrias de enfermería y médica. Mientras que el HAL de enfermería está siendo sometido a ensayos en 130 centros de atención en Japón, el HAL para medicina se ha introducido en unos pocos hospitales de Alemania y Sucia.“A partir de aquí, siempre que se obtenga una habilitación oficial, la siguiente para es los Estados Unidos”, dice Sankai.
Su exoesqueleto de súper-duraluminio de plástico llega a pesar hasta 15 kg y se moviliza por las fuentes de alimentación y un ordenador de a bordo que controla las señales nerviosas enviadas desde el cerebro a los músculos para predecir el movimiento del usuario. En lugar de PAM, los motores ubicados en las juntos sirven como actuadores. Su eficacia fue demostrada el verano pasado cuando un usuario de HAL llevó a una persona con discapacidad hasta los 1000 pasos del Mont Saint-Michel en Francia.
“Ahora los trajes están en manos de especialistas, pero mediante la recopilación de datos y otra información de ellos y de los usuarios, se pueden refinar los dispositivos de uso doméstico para mejorar la calidad de vida de los individuos postrados en una cama” dijo Sankai. Agregó otras posibilidades: que los trajes se pudieran utilizar para personas que padecen lesiones cerebrales graves.
Sankai también prevé que los trajes, algún día, serán adaptados para su uso en las fábricas y lugares de construcción, así como en entornos de desastres. “Ropa de protección para limpiar la dañada planta de Fukushina, la energía nuclear puede llegar a pesar hasta 60kg pero HAL podría asumir la carga completa, lo que permite a los trabajadores concentrarse en el trabajo manual” comentó Sankai.
Algunos expertos creen que dentro de una década el apoyo de dispositivos robóticos será una característica habitual de la sociedad. Su forma, sin embargo, es probable que difiera en gran medida, dice ShiroSekiguchi, director del Proyecto de Promoción Robótica para la Atención de Enfermería en la prefectura de Kanagawa.
Estudiantes de la Universidad de Hokkaido realizando pruebas para los sensores de exoesqueletos
“En el momento en que sean comunes, no creo que existan como dispositivos independientes sino como partes integradas de algo más global, como un sistema inteligente”, dijo Sekiguchi. “Estoy seguro de que las grandes empresas están esperando con ansias algunas pistas de cómo lograr eso”.
Los materiales y las técnicas utilizadas también pueden cambiar, lo que permitirá una mayor autonomía para los usuarios, dice Noritsugu Okayama. “Humanos con asistencia eléctrica, cuyos sistemas deben operar de acuerdo a las intenciones de un usuario. Creo que la nanotecnología podría ser útil para desarrollar sensores para medir las intenciones y transmitir las señales – por ejemplo, las ondas cerebrales”.
“Los robots como Astro Boy están arraigados en la cultura japonesa y tienen poca resistencia a ellos, por lo que no sería ninguna sorpresa si se convirtiera en una parte integrada de nuestro marco social en el futuro”dice Yamamoto. “Una de las fortalezas de los trajes que se están desarrollando ahora es que todavía permiten la interacción humana. Las personas siempre deben atender a las personas, incluso si necesitan usar un robot para apoyarlos”.
Sin duda, el desarrollo de los exoesqueletos es todavía un campo de investigación que tiene mucho futuro por delante y lo único que nos queda por plantearnos es si llegará el día en el que podamos contar con dispositivos robóticos para mejorar nuestra calidad de vida y la de los demás, o la inteligencia artificial llegará a sobreponerse a la atención humana.