O que são exoesqueletos e como funcionam?

Exoesqueletos são frequentemente retratados em filmes de ficção científica e agora estão sendo usados ​​na vida real. Eles já são comuns em algumas indústrias, como construção e medicina, e suas aplicações são inúmeras.

Então, para que exatamente eles são usados? E como funcionam os exoesqueletos? Neste artigo, veremos alguns dos exoesqueletos que estão atualmente em uso.

O que são exoesqueletos?

Exoesqueletos são basicamente máquinas vestíveis que fornecem recursos de aumento humano . Dependendo de sua função, um exoesqueleto pode ser feito de materiais duros (como plástico ou metal) ou materiais macios (como tecido). Além disso, alguns podem ser motorizados ou elétricos, e outros são simplesmente mecânicos e sem energia.

Mais comumente, um exoesqueleto aumenta as capacidades do usuário de alguma forma. Existem vários usos para exoesqueletos, incluindo:

• Aumentando a força e a produtividade.
• Reduzindo a fadiga.
• Minimizando lesões.
• Fornecendo suporte.
• Função de retorno (no caso de paralisia ou lesão).

Como funcionam os exoesqueletos?

Dependendo do tipo e função do exoesqueleto, eles podem funcionar de maneira muito diferente. As duas grandes categorias de exoesqueletos são exoesqueletos mecânicos e motorizados, que descreveremos a seguir.

Exoesqueletos passivos

Os exoesqueletos passivos não têm energia e funcionam principalmente mecanicamente, redistribuindo o peso de uma parte do corpo para outra. Uma maneira comum de trabalhar é tirar o peso dos braços e ombros e distribuí-lo para os músculos centrais ou das pernas. Dessa forma, os braços cansam menos e o peso é distribuído mais, reduzindo as chances de esforços e lesões.

Exoesqueletos motorizados

Os exoesqueletos elétricos, por outro lado, podem adicionar força e função ao usuário. No entanto, como esses exoesqueletos requerem energia, eles são normalmente mais pesados ​​e mais volumosos para permitir o hardware e as baterias. Eles também precisam ser recarregados e podem ter bateria de curta duração, o que pode ser uma desvantagem em indústrias em ritmo acelerado.

Tipos de exoesqueletos

Existem vários exoesqueletos já em uso. Muitos deles estão na indústria da construção e são projetados para melhorar a produtividade e a segurança dos trabalhadores.

Luvas poderosas

Luvas elétricas, como a Bioservo Ironhand, detectam as ações do usuário por meio de sensores na luva. Quando a luva detecta que o usuário está prestes a agarrar um objeto, o Ironhand aumenta a força de preensão do usuário. A força varia dependendo do peso detectado do objeto.

Suporte da parte superior do corpo

O exoesqueleto projetado para suportar a parte superior do corpo redistribui o peso dos braços e ombros para outras partes do corpo, incluindo o núcleo e as pernas. Isso diminui a tensão e a fadiga associadas às atividades aéreas, como levantamento, gesso, corte e perfuração.

Eles normalmente funcionam fornecendo uma estrutura de metal que circunda o tórax ou núcleo. A partir disso, uma haste de metal (ou outra tecnologia de distribuição de peso, como polias ou molas) se estende aos braços, fornecendo um contrapeso para a carga de trabalho.

Um exemplo disso é o Exoesqueleto de Estrutura da Levitate Technology . O Airframe usa um sistema de polia para reduzir o esforço em até 80% ao tentar tarefas aéreas. As polias são ativadas conforme o usuário levanta os braços e gradualmente liberam conforme eles os abaixam. Outro exemplo é na área de saúde, onde um protótipo de roupa está sendo usado para ajudar enfermeiras a levantar e colocar pacientes nas camas .

Suporte para agachar e ficar de pé

Quando um usuário se agacha, um exoesqueleto da parte inferior do corpo é travado para suportar o peso de seu corpo, de forma que suas pernas e joelhos não tenham que fazer nenhum trabalho. Também permite que os trabalhadores se sentem e aliviem o peso das pernas, o que é importante para quem fica em pé por longas horas.

O legX da suitX é um exemplo de exoesqueleto de suporte agachado. Ele vem com botas de trabalho personalizadas e opções de cinto de ferramentas e usa sensores para detectar quando o usuário está agachado, em pé ou caminhando, fornecendo suporte conforme necessário.

Exoesqueletos de corpo inteiro

Exoesqueletos de corpo inteiro, como o nome indica, fornecem suporte para todo o corpo. Um exemplo é o traje X, que tira o peso do usuário quando ele se inclina , levanta objetos acima da cabeça, agacha-se ou simplesmente fica em pé. O suitX usa molas de ar comprimido e mecanismos auxiliares.

Vários exoesqueletos estão em desenvolvimento, proporcionando movimento de volta para pessoas com deficiência e feridas (como aqueles com derrame ou lesões na coluna que perderam a capacidade de mover seus corpos).

Na verdade, já existem alguns exoesqueletos da parte inferior do corpo que fornecem essa função. No ambiente de saúde, esses exoesqueletos motorizados permitem que os pacientes carreguem seu peso e andem novamente. Alguns deles funcionam pegando a atividade cerebral e traduzindo-a em movimento (controlando o exoesqueleto com a mente).

Desafios e limitações dos exoesqueletos

Há vários desafios a serem superados antes que os exoesqueletos se tornem mais úteis, baratos e comuns.

Fonte de energia

Um exoesqueleto energizado requer uma fonte de energia. Ter cabos saindo de um exoesqueleto cria um problema de segurança e eficiência, então as baterias são muito mais adequadas. Porém, as baterias precisam ser carregadas e substituídas com frequência. As baterias também adicionam peso significativo ao exoesqueleto, o que pode complicar seu design e eficácia. Isso significa que podemos precisar de avanços significativos na tecnologia de baterias para exoesqueletos viáveis ​​e de alta potência.

A Sarcos, empresa de desenvolvimento de exoesqueleto, está trabalhando no Guardian XO, que pode rodar abaixo de 500 watts (muito menos do que a maioria dos concorrentes) por mais de 8 horas e tem suas baterias substituídas sem desligar o exoesqueleto.

Materiais e Peso

Outro desafio significativo é encontrar materiais fortes, mas leves, que o exoesqueleto não precise trabalhar para levantar seu próprio peso – além de serem acessíveis. A fibra de carbono e materiais semelhantes são geralmente fortes e leves o suficiente, mas bastante caros. O aço, embora forte o suficiente, costuma ser muito pesado e reduz ou destrói a eficiência de um exoesqueleto.

Flexibilidade e atuação conjunta

Finalmente, um exoesqueleto precisa se mover com o corpo humano e fornecer força ou suporte. Isso significa que ele precisa ter articulações que correspondam à amplitude de movimento dos membros humanos (e da coluna), além de ser poderoso o suficiente para fazer seu trabalho. Isso é mais difícil do que parece à primeira vista!

Exoesqueletos moles são muito melhores do que exoesqueletos rígidos em termos de flexibilidade, mas fornecem muito menos suporte (até agora). E existem várias tecnologias usadas para fornecer a força por trás das juntas. Um exemplo interessante é o músculo pneumático do ar, que funciona de forma muito semelhante aos músculos humanos, exceto pelo uso de ar pressurizado.

O Futuro do Trabalho

À medida que os exoesqueletos se tornam mais avançados, provavelmente os veremos se tornarem muito mais comuns em vários setores. Eles já são bastante comuns nas indústrias de construção, automobilística e agrícola, onde ajudam os trabalhadores a levantar mais por mais tempo com uma chance reduzida de esforço e outros ferimentos.

Outras indústrias, incluindo saúde e militar, provavelmente verão várias aplicações de exoesqueletos em um futuro próximo. Por exemplo, exoesqueletos provavelmente serão usados ​​para restaurar a função de vítimas de paralisia e ferimentos e melhorar os soldados em campo.