Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

octubre 25, 2009

Exoesqueleto: un cuerpo mecánicamente optimizado

Un segundo cuerpo que nos permita ser más fuertes, más ágiles, más resistentes está dejando de ser una simple especulación: los robots vestibles o exoesqueletos ya están en la calle.

Miembros de apoyo cibernéticos
de Cyberdyne Studio
(Foto CC Yuichiro C. Katsumoto
via Wikimedia Commons)
Una de las imágenes perdurables del cine de ciencia ficción es sin duda parte de la película Alien, cuando, al final, la teniente Ripley, interpretada por Sigourney Weaver, lucha contra el monstruo extraterrestre tripulando, o llevando puesta, una máquina utilizada para la carga y descarga de equipo, cuyos movimientos se ajustan a los del tripulante y que se conoce como “exoesqueleto” por ser duro y externo, sin contar con que está accionado por una potencia externa al usuario.

La idea de la máquina es sencilla: un aparato que reproduzca las articulaciones humanas, movido ya sea por medios hidráulicos, neumáticos o mecánicos para aumentar tremendamente la fuerza de quien lo lleva o tripula. El aparato tiene la ventaja adicional de que se controla directamente, el movimiento o los impulsos nerviosos son detectados por la máquina y reproducido de modo ampliado, como si fuera un pantógrafo para el cuerpo.

La idea de un exoesqueleto accionado mecánicamente, también llamado “traje robot”, nace, como tantos otros conceptos del siglo XX y XXI, en la ciencia ficción. El escritor estadounidense de aventuras espaciales (género también conocido como “ópera espacial”) Edward Elmer Smith introdujo el primero de estos dispositivos en una novela de su larga serie Lensman en 1937, en la forma de una armadura de combate motorizada.

El control fino de un exoesqueleto y sus posibilidades técnicas fueron examinados con todo detalle por el galardonado autor de ciencia ficción Robert Heinlein en dos novelas. En su clásico militarista Starship Troopers analiza las tácticas que implicaría el combate utilizando exoesqueletos. Esta novela fue, además, la que popularizó ampliamente la idea del exoesqueleto. Por otro lado, en su novela corta Waldo, Heinlein lleva al extremo la idea del pantógrafo del movimiento humano mediante los aparatos llamados, precisamente, “waldos”, que podían amplificar los movimientos de brazos y manos para manipular grandes cargas, como brazos robóticos controlados a distancia o, como se diría más adelante, por telepresencia, pero también podían reducirlos para permitir la manipulación de objetos extremadamente pequeños, por ejemplo, simplificando enormemente la realización de complejas microcirugías que implicaran la sutura de vasos sanguíneos, nervios y tendones.

La ciencia ficción, así, en sucesivas novelas y cuentos, dio a los exoesqueletos imaginarios sus características básicas: control directo mediante los movimientos del usuario, capacidad pantográfica para ampliar o reducir el tamaño o fuerza de dichos movimientos y la posibilidad de funcionar mediante telepresencia.
En el mundo del cómic, la armadura motorizada y los exoesqueletos han tenido también una larga carrera desde Iron Man, el hombre de hierro, personaje de Marvel que a falta de superpoderes cuenta con una potente armadura dotada de numerosas maravillas técnicas y que fue creado por el mítico Stan Lee en 1963. Y en el cine, además del exoesqueleto con el que Ripley vence a la madre extraterrestre, esta tecnología ha estado presente en numerosas películas, la más reciente Distrito 9, donde los extraterrestres llevan exoesqueletos que sólo pueden tripular ellos.

Un atractivo adicional de estos dispositivos sería su capacidad de permitir una vida más plena y de calidad a personas con movilidad disminuida, por ejemplo, pacientes de distrofia muscular o esclerosis múltiple.
Los intentos por hacer realidad el concepto del exoesqueleto mecanizado datan de 1960, cuando la compañía General Electric y el ejército estadounidense emprendieron para crear la máquina llamada Hardiman, cuyo objetivo era permitir que el usuario pudiera levantar grandes cargas. Era un aparato industrial que se esperaba que sirviera para diversas actividades civiles y militares. Pero diez años después, sólo se contaba con un brazo viable, capaz de levantar unos 400 kilos, pero que su vez pesaba un cuarto de tonelada. El diseño completo, sin embargo, entraba en violentas convulsiones al tratar de responder a su tripulante.

En 1986, el soldado estadounidense Monty Reed, que se había roto la espalda en un accidente de paracaídas, se inspiró en la novela Tropas del espacio de Robert Heinlein y diseñó el Lifesuit traje para caminar de nuevo. Lo propuso al ejército y desde 2001 se han creado catorce prototipos. El más reciente permite a Monty caminar kilómetro y medio con una carga de batería y levantar 92 kilos.

De entre los muchos proyectos que están en marcha, el gran salto parece haberlo dado la empresa japonesa Cyberdyne del profesor Yoshiyuki Sankai de la universidad de Tsukuba, con  su exoesqueleto llamado HAL, siglas en inglés de Miembro Asistente Híbrido. Los sensores de HAL detectan no sólo el movimiento, sino las señales de la superficie de la piel para ordenar a la unidad que mueva la articulación al mismo tiempo que la del usuario. El sistema de sensores y el sistema de control autónomo robótico que ofrece un movimiento similar al humano forman el híbrido que hace de este exoesqueleto algo revolucionario.

Desde septiembre de 2009, es posible alquilar en Tokio un prototipo de HAL o, para ser más precisos, de la parte inferior de HAL: una o dos piernas que pesan alrededor de 5 kilogramos cada una, con su sistema de abterías y control informatizado en la cintura, y que se atan al cuerpo del usuario. El alquiler de una pierna por un mes es de 1.120 euros, mientras que un sistema de dos piernas tiene un coste de casi 1.650 euros.

Otros proyectos son el XOS de Sarcos Raytheon que está siendo supuestamente probado en la actualidad por el ejército estadounidense, y las piernas de exoesqueleto que independientemente desarrollan Honda y el Massachusets Institute of Technology-

Quizá, en el futuro, llevar un exoesqueleto para caminar, levantar peso o manejar objetos delicados sea tan común como hoy es llevar gafas. Y probablemente a los primeros que llevaron gafas se les vio con la curiosidad que hoy despiertan los primeros usuarios de los HAL que recorren las calles de Tokio.

¿Para qué un robot vestible?

Un exoesqueleto viable tiene un amplio abanico de posibilidades de aplicación. Permite que los trabajadores manejen grandes cargas, puede ayudar a la rehabilitación de pacientes de diversas afecciones o cirugías, dar movilidad independiente a gente de avanzada edad o con distintos grados de discapacidad (y permitir a las enfermeras cargar y mover a los pacientes sin ayuda). Movilidad, fuerza, independencia... son promesas que, para muchos, representan la máxima promesa de la robótica.

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