Sistemas de asistencia técnica: Alta tecnología y deporte combinados

El Cibatlón 2024 está a la vuelta de la esquina y el recién llegado equipo RISE, de la Universidad Técnica de Berlín, trabaja a toda máquina para ultimar su exoesqueleto para parapléjicos: una mirada actualizada a los progresos, los retos y la colaboración con los socios.

Normalmente, los jugadores de hockey persiguen el disco por el hielo del Swiss Arena de Kloten, en el cantón suizo de Zúrich. Pero del 25 al 27 de octubre volverá a transformarse en un centro de innovación tecnológica: se acerca el Cibatlón 2024.

En la competición internacional organizada por la ETH de Zúrich, personas con discapacidades físicas competirán en disciplinas relevantes para la vida cotidiana, con el apoyo de sistemas de asistencia de alta tecnología. este año se han inscrito 77 equipos de todo el mundo. El equipo RISE (Research and Innovation in Student Exoskeleton Development) de la Technische Universität (TU) de Berlín compite por primera vez con su exoesqueleto.

140 estudiantes participan en el exoesqueleto

"¡El Cibatlón siempre fue un sueño! En octubre de 2022, junto con la iniciativa estudiantil 'Socially Engaged Engineers', lanzamos RISE como un módulo práctico en TU Berlín para permitir a las personas con lesiones medulares ponerse de pie y caminar", dice Lukas Schneidewind. Schneidewind es jefe de equipo y asistente de investigación en el Departamento de Tecnología Médica del Instituto de Diseño de Máquinas e Ingeniería de Sistemas de la Universidad Técnica de Berlín.

Un total de 140 estudiantes trabajaron con entusiasmo durante cuatro semestres en el desarrollo y la construcción de un exoesqueleto robótico. La mayoría proceden de disciplinas de ingeniería como ingeniería mecánica, ingeniería eléctrica y electrónica, así como ingeniería de control y simulación. Sin embargo, también se demandan conocimientos no técnicos: desde biomecánica hasta interfaz y experiencia de usuario, diseño, aspectos psicológicos, adquisición de patrocinios y relaciones públicas.

"El trabajo transdisciplinar es enriquecedor"

"El taller del proyecto nos permite salir del entorno docente tan centrado de la universidad y trabajar de forma transdisciplinar, como más adelante en nuestra vida profesional", afirma Magnus Meyer, colíder del equipo RISE y estudiante de máster en Factores Humanos en la TU de Berlín.

El pensamiento interdisciplinar es pertinente en el caso del exoesqueleto por otra razón: al fin y al cabo, el ser humano está directamente conectado a la máquina. Meyer describe la interacción con los pilotos parapléjicos como un punto culminante, ya que el equipo recibe información directa sobre la facilidad de uso y la viabilidad de su desarrollo.

Interacción directa hombre-máquina

En las conversaciones con empresas y socios potenciales de la industria, los estudiantes se dieron cuenta enseguida de lo diverso que es el campo de las aplicaciones de los exoesqueletos. "Mucha gente suele asociar los exoesqueletos con facilitar el trabajo, por ejemplo para aliviar la espalda de los empleados en líneas de producción que siguen los movimientos del usuario", explica Magnus Meyer.

Meyer continúa: "En nuestro caso, sin embargo, no sólo proporciona alivio, sino que, como órtesis motorizada, sustituye por completo la fuerza muscular de las piernas (músculos de la cadera, la rodilla y el tobillo) y guía las extremidades en un movimiento ergonómico." Lukas Schneidewind añade: "El hecho de que los requisitos técnicos de un sistema de este tipo, que se utiliza para movilizar a parapléjicos, sean muy diferentes de los de otros sistemas fue y sigue siendo un gran reto de comunicación."

Otro reto para el equipo de RISE es actualizar constantemente los requisitos técnicos adecuados para el sistema con los resultados de las sesiones de formación. Para reproducir de forma óptima el movimiento natural al caminar con un exoesqueleto y poder controlar el centro de gravedad al andar, se necesitan engranajes y motores adecuadamente planos que se sitúen cerca del cuerpo.

Requisitos especiales para la tecnología

Por ello, los estudiantes instalaron en las articulaciones de cadera y rodilla accionamientos dinamométricos EC sin escobillas y sin bastidor de los tamaños 65 y 85 mm de maxon. Los kits de motores BLDC con tecnología de rotor interno fueron desarrollados especialmente para las llamadas articulaciones robóticas, es decir, articulaciones en el entorno de la robótica.

Son especialmente potentes, robustos y compactos. "Suministramos estos nuevos accionamientos sin rodamientos de bolas; el propio usuario almacena la unidad de rotor y estator", afirma Falko Simon, Area Sales Manager de maxon. Y añade: "El accionamiento también alcanza pares elevados de hasta 300 Nm, lo que se requiere en periodos cortos cuando las personas están arrodilladas o subiendo escalones altos. Esto lo hace perfecto para su uso en el Cybathlon"

Otra particularidad es que los motores maxon y las cajas de cambios del fabricante Ovalo, filial de Nabtesco Europe, forman una sola unidad. Falko Simon: "Las cajas de cambios tienen la llamada forma de panqueque y hemos integrado nuestros accionamientos DT en las cajas de cambios. El conjunto es prácticamente un solo producto, lo que significa que hemos creado una unidad extremadamente plana" Gracias al ambiente abierto y de colaboración, fue posible encontrar soluciones pragmáticas en pocas semanas, afirma Lukas Schneidewind. Falko Simon añade: "Los estudiantes también estaban muy deseosos de conocer nuestra experiencia como socio industrial, lo que resultó divertido."

Perspectivas de futuro: exoesqueleto sin muletas

Los estudiantes se encuentran actualmente en las fases finales de implementación del software y adaptación de los patrones de movimiento individuales antes de que comiencen las sesiones finales de entrenamiento con los dos pilotos para el Cibatlón. De cara al futuro, el jefe del equipo, Schneidewind, ya tiene objetivos concretos: "Ahora tenemos una base inicial, pero a largo plazo podemos seguir reduciendo el tamaño". Con unos 80 kilos, el exoesqueleto es actualmente un sistema muy pesado, pero puede subir un escalón alto sin esfuerzo, por ejemplo. Los sistemas actuales no pueden hacerlo sin agarrarse con fuerza. Trabajar sin muletas es el gran objetivo"

Pero de momento, el equipo está deseando que llegue el Cibatlón. "Si conseguimos completar algunas de las tareas, ya habremos logrado un gran éxito, y eso en dos años, mientras que otros equipos llevan más de diez"

Derechos de autor de las imágenes: Christian Kielmann