maxon Story

Sistemas de assistência técnica: Combinação de alta tecnologia e desportiva

TU Berlin RISE Exoskelett Copyright Christian Kielmann 20240229-5436TU Berlin RISE Exoskelett Copyright Christian Kielmann 20240229-5430

O Cybathlon 2024 está mesmo ao virar da esquina e a recém-chegada equipa RISE da Universidade Técnica de Berlim está a trabalhar afincadamente para finalizar o seu exoesqueleto para paraplégicos: um olhar atualizado sobre os progressos, os desafios e a colaboração com os parceiros.

Normalmente, os jogadores de hóquei correm atrás do disco no gelo da Swiss Arena, em Kloten, no cantão de Zurique, na Suíça. Mas, de 25 a 27 de outubro, será mais uma vez transformada num centro de inovação tecnológica: vem aí o Cybathlon 2024.

Na competição internacional organizada pela ETH Zurich, pessoas com deficiências físicas competirão em disciplinas relevantes para a vida quotidiana, apoiadas por sistemas de assistência de alta tecnologia. este ano, inscreveram-se 77 equipas de todo o mundo. A equipa RISE (Research and Innovation in Student Exoskeleton Development) da Technische Universität (TU) Berlin compete pela primeira vez com o seu exoesqueleto.

140 estudantes envolvidos no exoesqueleto

"O Cybathlon foi sempre um sonho! Em outubro de 2022, juntamente com a iniciativa estudantil 'Socially Engaged Engineers', lançámos o RISE como um módulo prático na TU Berlin para permitir que as pessoas com lesões na espinal medula se levantassem e andassem", diz Lukas Schneidewind. Ele é chefe de equipa e assistente de investigação no Departamento de Tecnologia Médica do Instituto de Design de Máquinas e Engenharia de Sistemas da TU Berlin.

Um total de 140 estudantes trabalharam com entusiasmo durante quatro semestres no desenvolvimento e construção de um exoesqueleto robótico. A maioria dos membros provém de disciplinas de engenharia como a engenharia mecânica, a engenharia eléctrica e a eletrónica, bem como a engenharia de controlo e a simulação. No entanto, são também necessários conhecimentos não técnicos: da biomecânica à interface e experiência do utilizador, design, aspectos psicológicos, aquisição de patrocínios e relações públicas.

"O trabalho transdisciplinar é enriquecedor"

"O workshop do projeto permite-nos sair do ambiente de ensino altamente focado da universidade e trabalhar de forma transdisciplinar - tal como mais tarde na nossa vida profissional", diz Magnus Meyer, co-líder da equipa RISE e estudante de Mestrado em Factores Humanos na TU Berlin.

O pensamento interdisciplinar é relevante no caso do exoesqueleto por outra razão: afinal, o ser humano está diretamente ligado à máquina. Meyer descreve a interação com os pilotos paraplégicos como um ponto alto, uma vez que a equipa recebe feedback direto sobre a facilidade de utilização e a praticabilidade do seu desenvolvimento.

Interação direta homem-máquina

Em discussões com empresas e potenciais parceiros da indústria, os estudantes aperceberam-se rapidamente da diversidade do campo de aplicações do exoesqueleto. "Muitas pessoas associam frequentemente os exoesqueletos a facilitar o trabalho, por exemplo, para aliviar as costas dos empregados em linhas de produção que seguem os movimentos do utilizador", diz Magnus Meyer.

Meyer continua: "No nosso caso, no entanto, não só proporciona alívio, como, enquanto ortótese motorizada, substitui completamente a força muscular das pernas (músculos da anca, joelho e tornozelo) e orienta os membros num movimento ergonómico." Lukas Schneidewind acrescenta: "O facto de os requisitos técnicos de um sistema deste tipo, que é utilizado para mobilizar paraplégicos, serem muito diferentes dos outros sistemas foi e continua a ser um grande desafio de comunicação."

Outro desafio para a equipa do RISE é atualizar constantemente os requisitos técnicos adequados para o sistema com os resultados das sessões de formação. Para reproduzir de forma óptima o movimento natural da marcha com um exoesqueleto e para poder controlar o centro de gravidade durante a marcha, são necessárias engrenagens e motores adequadamente planos e próximos do corpo.

Requisitos especiais para a tecnologia

Por isso, os estudantes instalaram nas articulações da anca e do joelho os motores de torque Dynamique EC sem escovas e sem moldura, nos tamanhos 65 e 85 mm da maxon. Os kits de motores BLDC com tecnologia de rotor interno foram especialmente desenvolvidos para as chamadas articulações robot, ou seja, articulações no ambiente robótico.

São particularmente potentes, robustos e compactos. "Entregamos estes novos accionamentos sem rolamentos de esferas; o utilizador armazena o rotor e a unidade do estator", diz Falko Simon, Area Sales Manager da maxon. Ele acrescenta: "O acionamento também alcança altos binários de até 300 Nm, que é necessário para curtos períodos quando as pessoas estão ajoelhadas ou a subir degraus altos. Isto torna-o perfeito para o uso no Cybathlon"

Outra caraterística especial é que os motores maxon e as caixas de velocidades do fabricante Ovalo, uma subsidiária da Nabtesco Europe, formam uma única unidade. Falko Simon: "As caixas de velocidades têm uma forma de panqueca e integrámos os nossos accionamentos DT nas caixas de velocidades. Tudo isto é praticamente um produto único, o que significa que criámos uma unidade extremamente plana." Graças à atmosfera aberta e colaborativa, foi possível encontrar soluções pragmáticas em apenas algumas semanas, diz Lukas Schneidewind. Falko Simon acrescenta: "Os alunos também estavam muito ansiosos por conhecer a nossa experiência como parceiro industrial, o que foi divertido."

Perspectivas futuras: exoesqueleto sem muletas

Os estudantes estão atualmente nas fases finais de implementação do software e de adaptação dos padrões de movimento individuais antes do início das sessões de treino finais com os dois pilotos para o Cybathlon. Olhando para o futuro, o líder da equipa, Schneidewind, já tem objectivos específicos: "Agora temos uma base inicial, mas a longo prazo ainda podemos reduzir o tamanho. Com cerca de 80 quilos, o exoesqueleto é atualmente um sistema muito pesado, mas pode facilmente subir um degrau alto, por exemplo. Os sistemas existentes não o conseguem fazer sem se agarrarem firmemente. Trabalhar sem muletas é o grande objetivo"

Mas, por agora, a equipa está ansiosa pelo Cybathlon. "Se conseguirmos completar algumas das tarefas, já teremos alcançado um grande sucesso - e isso em dois anos, enquanto outras equipas estão a trabalhar há mais de dez anos."

Direitos de autor da imagem: Christian Kielmann

Autor: Nora Nuissl

© by © maxon motor ag