Seres biônicos: a tecnologia do exoesqueleto está redefinindo limites

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No Limite do amanhã, um filme de ficção científica aclamado pela crítica lançado neste verão, soldados lutam contra alienígenas com exoesqueletos poderosos que aumentam sua força, velocidade e agilidade. Na tela prateada, ao lado de explosões e inimigos de outro mundo, as idéias parecem uma invenção de Hollywood - mas estão mais próximas da realidade do que você imagina.

A pesquisa do exoesqueleto está em andamento há mais de um século, resultando em vários protótipos viáveis. Surpreendentemente, porém, eles se concentram menos na força sobre-humana e mais na melhoria da resistência e da qualidade de vida. Pesquisadores no campo ver o futuro 4 tecnologias que podem mudar o mundoAgora é um momento tão emocionante para se estar vivo, pois a ciência e a tecnologia lançam a humanidade a um ritmo tão incrível. Quem pensaria há dez anos que teríamos acesso com um único toque a todos ... consulte Mais informação como uma maratona em vez de uma corrida.

Exo-História

Exoesqueletos humanos apareceram em

histórias de ficção científica sdesde a década de 1950, mas o primeiro exoesqueleto real foi inventado mais de meio século antes pelo inventor russo Nicholas Yagn. Apesar de seu país de residência, ele decidiu registrar uma patente no Escritório de Patentes dos Estados Unidos em 1890. Ele descreveu sua invenção como:

[…] Várias molas adaptadas para suportar o peso de todo o corpo, armazenar e acumular o poder exercido desse modo, juntamente com o poder exercido pelo momento de tal peso morto quando em movimento. - Nicholas Yagn, inventor

Seu exoesqueleto também usava "acumuladores de fluido comprimido" para armazenar energia. Segundo Nicholas, sua invenção deu aos usuários melhor mobilidade e reduziu a tensão de correr e pular no corpo. Desculpe, fãs do steam-punk; não era uma máquina da morte acionada por engrenagens.

O primeiro exoesqueleto energizado, chamado Hardiman, foi desenvolvido pela General Electric no final dos anos 1960. Maciço e brutal, o traje parecia muito com os maciços de batalha previstos pelos autores de ficção científica. Ele foi projetado para amplificar substancialmente a força de um usuário, mas seus inventores nunca conseguiram definir completamente os controles e os requisitos de energia. Conforme declarado no relatório final do projeto:

O problema da interface homem-máquina no protótipo Hardiman I foi grave. O alto ganho de potência, a complexidade do sistema de múltiplas articulações e o acoplamento íntimo do homem e da máquina impuseram muitas restrições de projeto e exigiram muito a tecnologia existente.

O fracasso de Hardiman demonstrou a extrema dificuldade de desenvolver um exoesqueleto com a tecnologia daquela época. Outra tentativa não foi feita até o início dos anos 90, quando pesquisadores da Kawasaki começaram a trabalhar no Power Terno de assistência [URL quebrado removido], um exoesqueleto projetado para ajudar os profissionais médicos a se imobilizarem pacientes.

Uma explosão de novos desenvolvimentos ocorreu após a virada do século. A empresa japonesa Cyberdyne introduziu o conceito de exoesqueleto HAL-3. Berkeley desenvolveu um exoesqueleto da parte inferior do corpo chamado Bleex para ajudar os soldados a transportar cargas pesadas por longas distâncias, e a Honda montou um exoesqueleto da parte inferior do corpo projetado para pessoas parcialmente móveis que, de outra forma, poderiam precisar de uma bengala ou andador.

Ligando

O fracassado projeto de Hardiman é o tipo de roupa que a maioria das pessoas pensa quando é instruída a imaginar um exoesqueleto. Muitos de nós lembram imagens da ficção, como o famoso exoesqueleto pilotado por Sigourney Weaver (ou melhor, o dublê escondido atrás dela) em Estrangeiros.

Um exoesqueleto maciço certamente pode impressionar o público, mas seu uso prático é limitado. As baterias ainda carecem da resistência necessária para alimentar uma máquina bestial por longos períodos de tempo, e um grande exoesqueleto não faz muito com uma empilhadeira, guindaste ou outro veículo já não pode alcançar. Os exoesqueletos modernos concentram-se em aprimorar os seres humanos de maneiras práticas que podem ser usadas todos os dias em uma variedade de situações.

Um dos projetos mais recentes é o Human Universal Load Carrier, ou HULC, um exoesqueleto militar projetado por Lockheed-Martin para aprimorar muito as capacidades físicas dos soldados. A ideia básica, conforme declarado pelo gerente do programa Jim Ni e detalhado em um comunicado de imprensa da empresa, é aumentar a resistência e a força e, ao mesmo tempo, diminuir o risco de lesões.

Ele [HULC] permite que os soldados façam coisas que não podem fazer hoje, enquanto ajuda a protegê-los de lesões músculo-esqueléticas. - Jim Ni, gerente de programas do HULC

Isso não parece muito diferente dos benefícios que Nicholas Yagn reivindicou para seu exoesqueleto há mais de um século, mas a tecnologia moderna significa que os pesquisadores podem entender melhor a idéia. O HULC pode ajudar as soldas a transportar cargas de até 200 libras em vários terrenos, minimizando o risco de ferimentos que podem atrasar um soldado no campo. As baterias alimentam o exoesqueleto, que pesa mais de quinze quilos, e a vida útil pode se estender até 72 horas com equipamentos especiais.

Mas a Lockheed-Martin não é a única empresa nesse campo. A Raytheon passou os últimos oito anos desenvolvendo o XOS, que espera desempenhar o mesmo papel que o HULC. Ao contrário de seu concorrente, o XOS cobre uma parte substancial da parte inferior e superior do usuário. Seus inventores citam uma capacidade de carga máxima semelhante de pelo menos 200 libras, mas o aprimoramento da força se estende aos braços, que podem suportar até cinquenta libras com pouco esforço.

Não apenas para soldados

Enquanto isso, no Japão, a Cyberdyne continuou o desenvolvimento de seu exoesqueleto HAL-5. Ao contrário de seus pares americanos, este dispositivo é construído para uso civil e não militar. A empresa está pesquisando vários modelos para uso de trabalhadores industriais, resposta a desastres profissionais pessoais e médicos.

Um modelo de membro inferior projetado para ajudar a reabilitar pessoas com problemas de mobilidade relacionados a lesões foi aprovado para uso na Europa e está sendo usado em ensaios clínicos. O primeiro julgamento, concluída em abril deste ano, sugere que o exoesqueleto fornece uma "melhoria altamente significativa" da mobilidade quando usado e, com o tempo, melhora a capacidade do mesmo paciente de se mover sem o exoesqueleto. Apenas oito pacientes fizeram parte do estudo, no entanto, mais trabalho deve ser feito para confirmar os benefícios do HAL.

Outro exoesqueleto civil que recebe atenção é o ReWalk, um exoesqueleto da parte inferior do corpo que se encaixa em um papel semelhante ao HAL. O ReWalk usa motores de perna de baixa potência para auxiliar na mobilidade e, ao mesmo tempo, oferecer autonomia da bateria durante todo o dia. Ao contrário do HAL, o ReWalk deve ser usado com bastões, mas também está em desenvolvimento e foi aprovado em vários países. O ReWalk pode ser usado para reabilitação ou comprado para uso pessoal como alternativa a uma cadeira de rodas ou scooter elétrica.

Pilhas não incluídas

FORTIS, que começou a testar este ano, é o mais novo exoesqueleto da Lockheed-Martin. Embora a primeira rodada de testes esteja sendo conduzida pela Marinha, esse exoesqueleto, diferentemente do HULC, destina-se apenas ao uso civil. Reforça o corpo do usuário, reduzindo a tensão de manuseio das ferramentas pesadas que os mecânicos da Marinha costumam usar para reparar navios.

Ao usar o exoesqueleto FORTIS, os operadores podem suportar o peso dessas ferramentas pesadas por longos períodos de tempo com fadiga reduzida. - Adam Miller, diretor de novas iniciativas, Lockheed-Martin

Embora não tenha baterias, o FORTIS possui habilidades impressionantes. Ele pode ajudar os usuários a transportar até 36 libras "sem esforço". Isso pode não parecer muito no começo, mas lembre-se de que os mecânicos usam essas ferramentas por horas todos os dias. Qualquer peso substancial pode se tornar cansativo após alguns minutos. O exoesqueleto também ajuda a transferir essas cargas para o chão, reduzindo a tensão nas costas e nas pernas do usuário.

Esse tipo de exoesqueleto, caso seja bem-sucedido, pode ser um grande benefício para os trabalhadores da construção e da indústria que precisam levantar cargas modestas repetidamente ao longo do dia. As lesões relacionadas ao trabalho ainda são comuns nesses campos e, com o tempo, podem reduzir significativamente a qualidade de vida dos veteranos desses campos.

A falta de energia do FORTIS também reduz a complexidade e o custo, tornando a ideia mais agradável para a implantação em larga escala. Com isso dito, porém, o FORTIS ainda está muito adiantado em seu desenvolvimento; foi anunciado pela primeira vez apenas no mês passado. A maioria dos outros projetos de exoesqueleto está em desenvolvimento há anos e, em alguns casos, décadas, então esse projeto ainda tem um caminho a percorrer.

Ainda humano, mas melhor

O foco do exoesqueleto moderno mudou de aumentar a força e a velocidade para aumentar a resistência. Nesse sentido, o objetivo não é nos tornar muito mais rápidos ou mais fortes do que antes, mas nos tornar mais duráveis ​​e melhorar nossa qualidade de vida. Embora não seja fascinante, essa abordagem faz sentido; conquistamos o levantamento de cargas pesadas com a empilhadeira.

Lesões e exaustão, no entanto, são inimigos que ainda temos que derrotar. Um soldado cansado e ferido provavelmente desacelerará toda a sua unidade e é menos capaz de responder a ameaças, e uma estimativa de 2013 encontrou ferimentos no trabalho custam até US $ 250 bilhões anualmente apenas nos Estados Unidos. Reduzir a tensão e aumentar a resistência pode beneficiar a todos, desde infantaria em batalha até profissionais de saúde movendo pacientes entre as camas, provavelmente veremos exoesqueletos continuarem essa nova abordagem na próxima década. Exoesqueletos não nos dão força sobre-humana ou velocidade incrível - pelo menos não tão cedo. Mas eles nos ajudarão a viver mais, melhores vidas Como a tecnologia pode estar influenciando a evolução humanaNão existe um único aspecto da experiência humana que não tenha sido tocado pela tecnologia, incluindo nosso próprio corpo. consulte Mais informação .

Crédito de imagem: Lockheed-Martin, Cyberdyne