Utilização de exoesqueletos em ambiente biomédico Fundamentos de robótica e biónica.
João Nunes, Mariana Moreira, Rafaela Antunes, Rita Mendes Supervisão: J. Norberto Pires Universidade de Coimbra
ABSTRACT In robotics, an exoskeleton is a wearable robot that supports or, in some cases, replaces the patient’s movements, by combining human intelligence and the power of a machine in order to improve both. Exoskeletons can be classified according to the principle of action as active or passive, based on the support for different parts of the human body as the upper extremity exoskeleton, the lower extremity exoskeleton, the full body exoskeleton, or as specific joints that support the exoskeleton and, depending on their implementation, they can be divided into three main groups: human power augmentations, haptic interactions and rehabilitations. An ideal exoskeleton should generate movements identical to natural human movements, without causing vibrations or sudden movement changes and without adding extra load or discomfort. In general, exoskeletons are preferable to ordinary robots, since they have the human intelligence component in addition to the motorized part. On the other hand, the fact that exoskeletons need to “work” together with the physiology and biomechanics of the human body represents a limitation. Although the current market for this equipment is quite extensive, this industry lives in constant development and innovation, with several projects in progress that aim to solve current problems or just simplify and turn existing solutions more viable. With this constant development of technology, exoskeletons are increasingly lighter, smarter and more sophisticated, increasing their demand. Exoskeletons can be specifically applied in rehabilitation after Spinal Cord Injury (SCI), which generally results in complete disability or significant limitation of walking ability, requiring the use of electric or manual wheelchairs or other mobility assistive devices. In conclusion, although being undeniable the high potential that the exoskeletons present in a biomedical environment, improvements are still needed, both in terms of their development and economic level, since they constitute a very expensive product and, consequently, of restricted access.
robótica 126, 1.o Trimestre de 2022
robótica
6
artigo científico
1.ª Parte
RESUMO Na área da robótica, um exoesqueleto é um robot “vestível” que suporta ou, em alguns casos, substitui os movimentos do próprio utilizador, através da combinação da inteligência humana e da potência de uma máquina a fim de aprimorar ambas. Os exoesqueletos podem ser classificados de acordo com o princípio de ação como ativos ou passivos, com base no apoio às diferentes partes do corpo humano como exoesqueletos dos
membros superiores, exoesqueletos dos membros inferiores, exoesqueletos de corpo inteiro ou articulações específicas que sustentam o exoesqueleto e, dependendo da sua implementação, podem ser distribuídos por três grupos principais: aumento da força humana, interações hápticas e reabilitações. Um exoesqueleto ideal deve gerar movimentos idênticos aos movimentos naturais do ser humano, sem causar vibrações ou mudanças bruscas de movimento e sem adicionar carga extra ou desconforto. Em geral, os exoesqueletos são preferíveis aos robots comuns, uma vez que apresentam a componente da inteligência humana para além da parte motorizada. Por outro lado, o facto dos exoesqueletos precisarem de “trabalhar” em conjunto com a fisiologia e biomecânica do corpo humano constitui uma limitação. Apesar do mercado atual destes equipamentos ser bastante abrangente, esta indústria vive em constante desenvolvimento e inovação, com vários projetos em curso que pretendem solucionar problemas presentes ou apenas simplificar e tornar mais viáveis as soluções existentes. Com este constante desenvolvimento da tecnologia, os exoesqueletos estão cada vez mais leves, inteligentes e sofisticados, aumentando a sua procura. Os exoesqueletos podem ser aplicados especificamente na reabilitação após Lesão da Medula Espinhal (LME), que resulta geralmente numa incapacidade completa ou limitação significativa da capacidade de andar, exigindo o uso de cadeiras de rodas elétricas ou manuais ou outros dispositivos auxiliares na mobilidade. Em conclusão, embora seja inegável o elevado potencial que os exoesqueletos apresentam em ambiente biomédico, ainda são necessárias melhorias, tanto a nível do seu desenvolvimento como a nível económico, uma vez que constituem um produto bastante caro e, consequentemente, pouco acessível.
1. ESTADO DA ARTE Na Natureza, os animais surgem com várias formas e feitios. Insetos e outros artrópodes possuem exoesqueleto, enquanto que mamíferos, aves, répteis, anfíbios e peixes, os chamados vertebrados, têm um esqueleto interno [1]. A fusão destes dois resulta em robots que funcionam em cooperação com o ser humano.
Figura 1. Esquema do sistema cooperativo humano – exoesqueleto [4].