La promesa de los exoesqueletos

Mejores, más fuertes, más rápidos. Tenemos la tecnología, pero ¿tenemos los estándares?

por Jack Maxwell

La idea de un traje mecánico que una persona pudiera colocarse para aumentar su fuerza, velocidad o capacidad de saltar ha sido un elemento importante de la ciencia ficción durante décadas. Y aunque a lo largo de los años se diseñaron varios dispositivos de este tipo con nombres extravagantes como el pedomotor, el pedipulador e incluso el "amplificador de hombre", ninguno de ellos llegó a hacerse realidad.

Hasta Hardiman.

Hardiman, el primer ejemplo moderno de un exoesqueleto motorizado, fue el resultado de la colaboración entre General Electric y el ejército estadounidense en la década de 1960. Hardiman podía multiplicar la fuerza del portador por un factor de 25.

Lamentablemente, el aparato jamás avanzó más allá de la etapa del prototipo debido a problemas con el peso, la estabilidad y el suministro de energía.

Sin embargo, si avanzamos rápidamente hasta 2017, veremos que muchos de esos retos se han superado. La industria del exoesqueleto ha madurado considerablemente, y en la actualidad existen muchas compañías que utilizan materiales y tecnologías de vanguardia para lanzar productos viables que dejan a Hardiman totalmente rezagado.

Algunos exoesqueletos ayudan a los trabajadores a manejar herramientas pesadas. Otros permiten mayor movilidad a las víctimas de accidentes cerebrovasculares. Hay otros que tienen aplicaciones militares. Es un momento emocionante para participar en esta industria.

Como ocurre a menudo con las innovaciones, el desarrollo de estándares (para medir el desempeño, evaluar la seguridad, etc.) debe seguir el ritmo de los impresionantes avances técnicos en laboratorios y talleres. Incluso debe considerarse algo tan básico como la terminología (¿qué es exactamente un "exoesqueleto"?) con el fin de impulsar estos nuevos y estimulantes productos hacia su plena aceptación en el mercado.

Respuesta al llamamiento por estándares

El nuevo Comité de ASTM International sobre exoesqueletos y exotrajes (F48) trabajará para abordar este vacío de estándares. El grupo se formó en septiembre en una reunión celebrada en la sede mundial de la organización, a la que asistieron muchos representantes de la industria, asociaciones comerciales y agencias gubernamentales. Esto incluyó a expertos de Australia, Japón, Reino Unido y Estados Unidos.

En esa reunión decidieron concentrarse inicialmente en cinco áreas, con subcomités separados para cada una de ellas:

• Diseño y fabricación
• Factores humanos y ergonomía
• Desempeño de las tareas y consideraciones ambientales
• Mantenimiento y eliminación, y
• Seguridad y tecnología de la información

¿Qué es un exoesqueleto?

Sobre la base de su primera reunión, quedó claro que la industria ya había alcanzado un consenso sobre lo que no son los exoesqueletos y exotrajes.

No son robots. El diccionario Webster define un robot como "una máquina que se parece a un ser humano y realiza diversas tareas complejas (como caminar y hablar) de un ser humano" y "un dispositivo que realiza con frecuencia tareas complejas y repetitivas".

Los robots funcionan de manera autónoma. Por otro lado, un exoesqueleto es una máquina que esencialmente se coloca un hombre o una mujer.

"Un exoesqueleto es un sistema vestible", dice Roger Bostelman, ingeniero de sistemas avanzados de movilidad del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de los Estados Unidos. "Básicamente puede tener alimentación de energía o no, puede estar atado a una pared para trabajar en una habitación, o desatado para tener libre movilidad. Pueden amarrarse muy rápidamente, ponerse y quitarse, y usarse básicamente para cualquier tarea que se les presente.

"En esta cita, la palabra "tarea" indica el increíble potencial de los exoesqueletos y los exotrajes.

Imagine lo siguiente:

• Una soldado que lleva una pesada mochila en una larga misión: un exoesqueleto podría ayudarla a ir más lejos y más rápido, con menos fatiga;
• Un trabajador de la construcción que usa una pesada pistola para remaches todo el día: un exoesqueleto podría ayudarle a trabajar más eficientemente, sin tener que dejar caer los brazos al final del día a medida que comienzan a cansarse;
• O, tal vez lo más conmovedor, una víctima de un accidente cerebrovascular que aprende a caminar de nuevo: un exoesqueleto podría ayudarla a entrenar nuevamente los músculos que se han atrofiado al permitirle hacer más repeticiones durante las sesiones de rehabilitación.

Estos ejemplos ilustran los tres florecientes segmentos del mercado de los exoesqueletos: militar, industrial y médico. (El uso recreativo se considera como una posibilidad más remota, aunque es difícil no entusiasmarse con la idea de ponerse su exotraje para hacer una carrera rápida de 80 kilómetros antes del desayuno).

Un sitio web popular de la industria (exoskeletonreport.com) enumera cerca de 60 compañías, negocios y nuevas empresas directamente involucrados en la fabricación de exoesqueletos y dispositivos relacionados.

La lista incluye algunos nombres familiares como Hyundai, Lockheed Martin y Panasonic, pero la mayoría son relativamente nuevos y recientes. Los productos que fabrican van desde el guante SEM, un dispositivo suave para personas que tienen dificultad para agarrar objetos (Bioservo Technologies AB, Suecia), pasando por el esqueleto dorsal inferior motorizado ATLAS, que alivia la presión sobre la columna vertebral (Japet, Francia), hasta un exoesqueleto de miembro superior, una unidad de brazo y muñeca impresa en 3D diseñada para suprimir temblores (MedEXO Robotics, Hong Kong).

Es evidente que los exoesqueletos y las tecnologías conexas adoptan muchas formas diferentes. Pero todos están diseñados para lograr una meta fundamental: ayudar a los seres humanos a hacer realidad o mejorar su potencial.

La brecha de los estándares

A medida que las compañías mencionadas contratan y se expanden, la industria de exoesqueletos y exotrajes enfrenta el creciente desafío que significa la falta de estándares. Hay compañías individuales que han creado sus propios protocolos de pruebas como una cuestión de necesidad, pero la formación del nuevo comité marca el inicio de un proceso ampliamente inclusivo que desarrollará estándares para el diseño, desempeño y seguridad en toda la industria.

"Creo que es importante tener estándares, al menos por dos razones", dice el doctor Maury Nussbaum, profesor del departamento de ingeniería industrial y de sistemas en Virginia Tech, Blacksburg, Virginia.

"La primera es que no hay mucha investigación formal sobre la efectividad de este tipo de dispositivos. Hay personas que están desarrollando sus propios protocolos de prueba y sus propios métodos de prueba. Sería ideal si hubiera cierto consenso sobre cómo evaluar estos dispositivos, de modo que los resultados puedan ser comparados entre los grupos", dice. "La segunda es que, finalmente, los estándares permitirán un cierto consenso en la evaluación de los beneficios o limitaciones potenciales de estos dispositivos."

Russ Angold, presidente de EksoWorks (la división industrial de Ekso Bionics, Richmond, California), señala que los estándares también aumentarán el ritmo de la innovación. "El hecho de haber publicado estándares, o las 'reglas del camino', nos permitirá como industria innovar más rápido al tener especificaciones consistentes para diseñar, y al mismo tiempo proporcionará confianza a los usuarios finales, que sabrán que están recibiendo productos de exoesqueletos seguros, confiables y que funcionan como se anuncia."

El doctor Donald Peterson, presidente del nuevo comité, decano de la Facultad de Ingeniería y Tecnología de ingeniería y profesor de ingeniería mecánica en la Universidad del Norte de Illinois, está de acuerdo con la evaluación de Angold. "Los estándares permitirán a las empresas de exoesqueletos y exotrajes disfrutar de beneficios de costos a corto y largo plazo, en particular mediante el acceso a la propiedad intelectual y las tecnologías para uso en investigación y desarrollo de productos", dice. "Creo que la infraestructura que se establecerá a partir de estos estándares consensuados de la industria hará que la innovación sea viable y conducirá a un continua inventiva, a la iniciativa empresarial, y a la competencia a nivel nacional e internacional."

"Los estándares van a ser clave para comunicarse", agrega el doctor William Billotte, gerente del programa de Estándares de seguridad nacional del NIST. "Hay mucha terminología por ahí; entonces, cuando la gente dice una palabra significa muchas cosas diferentes para muchas personas diferentes. Eso es lo primero en lo que realmente nos van a ayudar los estándares: crear un lenguaje común para los exoesqueletos."

Aquí tenemos un ejemplo. El acrónimo HMI significa interfaz hombre-máquina. Pero, como Angold señala, "usted tiene que definir qué es HMI. ¿Es una interfaz gráfica, una interfaz que el fisioterapeuta usa para introducir los ajustes en el dispositivo, o es la parte real del exoesqueleto que toca a la persona?

"El nuevo comité tiene previsto abordar la estandarización de la terminología como una de sus primeras acciones. Llegar a un consenso sobre un conjunto definido de términos podría ayudar a sentar las bases para las discusiones técnicas más complejas que tendremos por delante.

Afortunadamente, varios comités bien establecidos de ASTM International están haciendo un gran trabajo en áreas afines, que el F48 podría aprovechar. Entre ellos se incluyen los de Materiales y dispositivos médicos y quirúrgicos (F04), Equipo de protección personal (F23), Seguridad nacional (E54), Vehículos automáticos sin conductor (F45) y Tecnologías de fabricación aditiva (F42), que es responsable de los estándares pertinentes a la fabricación de exoesqueletos y exotrajes y está elaborando estándares para la fabricación aditiva que utilizan los dispositivos médicos.

Muchos de los que asistieron a la reunión de organización expresaron su entusiasmo al enterarse de que los expertos internacionales de los comités existentes ya habían creado algunas bases técnicas para apoyar los estándares de exoesqueletos y exotrajes.

La promesa de los exoesqueletos

La composición de los asistentes a la reunión de organización del nuevo comité reflejó particularmente el hecho de que los usos médicos de los exoesqueletos representan el mayor segmento de esta industria emergente. (Más de la mitad de los asistentes tenían un interés principal en las aplicaciones médicas).

Una de las empresas más activas en este segmento es Ekso Bionics. "Tenemos cientos de dispositivos que se usan en las instalaciones de los clientes, principalmente en América del Norte y Europa, en el sector médico", indica Angold.

Según Angold, la empresa creó el primer exoesqueleto aprobado por la FDA para la rehabilitación de accidentes cerebrovasculares y de la médula espinal. Está diseñado para ayudar a los pacientes a recuperarse ayudándoles a aprender nuevamente la distribución del peso y los patrones de pasos correctos. También permite ajustar la configuración en tiempo real, así como personalizar el software para adaptarse a las necesidades del paciente.

Curiosamente, la empresa realiza un seguimiento de los datos generados por sus dispositivos en uso en todo el mundo; al momento de redactar este informe, el número de pasos dados por las personas que los utilizan superaba los 80 millones.

En última instancia, las líneas divisorias entre diversas aplicaciones de exoesqueletos y exotrajes podrían fácilmente difuminarse. Por ejemplo, una variación en un exotraje podría ayudar a prevenir lesiones en el lugar de trabajo, mientras que otra podría ayudar a un trabajador a recuperarse. Además, un empleado de una casa de reposo para ancianos podría maniobrar un paciente pesado con la ayuda de un dispositivo de exoesqueleto, asegurando que tanto el trabajador como el paciente estén seguros.

"Al final del día, la mirada en la cara de ese trabajador de la construcción cuando usted facilita mucho su trabajo es muy similar a la de ese paciente con un accidente cerebrovascular que se levanta y camina de nuevo", señala Angold.

De hecho, es en la calidad de vida en general, al nivel más fundamental, donde la promesa de los exoesqueletos puede ser más convincente.

Desde los niños nacidos con discapacidades considerables, pasando por los militares que responden a un desastre natural, hasta los trabajadores de la construcción de mayor edad que quieren seguir trabajando, los exoesqueletos y exotrajes, y los estándares que los apoyan, nos ayudarán a todos a desempeñarnos en nuestro nivel más alto a lo largo de nuestra vida.

Jack Maxwell es un escritor independiente que vive en Westmont, Nueva Jersey.