EXOESQUELETOS

O que são exoesqueletos e como eles podem nos ajudar a superar nossas limitações humanas?

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O QUE É UM EXOESQUELETO?

Um exoesqueleto robótico é um dispositivo mecânico usado por um ser humano para determinados fins ou aplicações. Um exoesqueleto é geralmente considerado como uma estrutura mecânica dura com articulações que permitem o movimento do operador humano. 

Existem outros tipos de exoesqueletos que são mais macios e que são usados no corpo, apoiados no esqueleto interno do ser humano. Desta forma, as forças dos atuadores acoplados podem ser transferidas para o corpo. Em relação ao tipo, é possível dizer que as estruturas desta classe podem ser antropomórficas ou pseudo-antropomórficas, dependendo do grau de semelhança que eles têm com o corpo humano.

Outra classificação que existe é entre exoesqueletos motorizados e passivos. Uma estrutura motorizada pode utilizar um atuador hidráulico, elétrico, pneumático ou de qualquer outro tipo. Um exoesqueleto passivo, por outro lado, não tem nenhum tipo de motor e serve para dar apoio mecânico às pessoas quando elas estão sentadas ou em pé por longos períodos, ou para auxiliar o movimento, utilizando uma mola para armazenar energia. 

Pode-se dizer que os exoesqueletos passivos ajudam as pessoas a realizar tarefas fisicamente exigentes, mas não aumentam as capacidades humanas. Por outro lado, os exoesqueletos motorizados podem ser classificados como de assistência ou de aprimoramento. 

As estruturas assistivas podem ajudar uma pessoa deficiente a andar, já que realizam a tarefa por conta própria. Os exoesqueletos assistivos têm a função de aliviar a carga física de uma determinada atividade. Por exemplo, eles podem fornecer uma porcentagem da força necessária para caminhar, de modo que uma pessoa precise exercer menos esforço para caminhar. Esse é um conceito semelhante ao das bicicletas movidas a eletricidade, que auxiliam o ciclista nas subidas e permitem que ele possa continuar pedalando com a mesma potência que em um trajeto plano.

Em relação aos exoesqueletos potenciador, sua função está mais orientada para aumentar a força do usuário para, por exemplo, levantar pesos pesados com facilidade. Eles também podem ajudar a melhorar a resistência física, seja caminhando por períodos mais longos de tempo ou executando tarefas pesadas por períodos mais longos de tempo.

Os exoesqueletos motorizados podem ser conectados a um computador de controle e a um sistema hidráulico, por exemplo, ou ser completamente autônomos.

 VER INFOGRÁFICO: Diferentes tipos de exoesqueletos, aplicações e vantagens [PDF]

PRINCIPAIS USOS: NA INDÚSTRIA E NA SAÚDE 

Existem múltiplos usos para este tipo de estrutura mecânica. Vão desde aplicações industriais até aplicações sanitárias e de reabilitação, e até mesmo militares. 

Exoesqueletos de reabilitação

Geralmente, os exoesqueletos são utilizados no setor da saúde e, em particular, na medicina de reabilitação. Esta é a ideia original dos exoesqueletos: ajudar as pessoas que sofreram algum tipo de acidente e precisam voltar a caminhar ou se movimentar normalmente. Ao longo dos anos, estes dispositivos foram melhorados e otimizados para que possam ser utilizados de forma mais fácil. Este tipo de estrutura de assistência é especialmente projetado para ajudar as pessoas que sofreram doenças como um acidente vascular cerebral, por exemplo, ou que têm algum tipo de lesão e precisam de ajuda para caminhar novamente ou fortalecer seus músculos.

Exoesqueletos para crianças

Os exoesqueletos infantis ou pediátricos são projetados para crianças com problemas de mobilidade, como aquelas afetadas pela atrofia muscular espinhal (AME). São estruturas adaptadas ao menor tamanho de crianças e que atendem suas necessidades na medida em que, graças a estes sistemas, as crianças são capazes de caminhar pela primeira vez. Há muitos exemplos, como o Atlas 2030, um exoesqueleto para crianças com mais de três anos de idade e que suporta até um máximo de 40 quilos.

Este exoesqueleto possui tendões, motores e articulações, graças aos quais as crianças podem executar todos os tipos de movimentos que são auxiliados pela estrutura. Graças a estes dispositivos, muitas crianças podem dar seus primeiros passos e fortalecer seus músculos, se beneficiando consideravelmente em outros aspectos como o cognitivo, social, lúdico, inclusão e, acima de tudo, benefícios emocionais, tanto para a criança como para sua família.

Os exoesqueletos pediátricos são indicados para crianças entre 4 e 10 anos de idade com patologias como:

• Lesões da medula espinhal.
• Paralisia cerebral.
• Atrofia muscular.
• Distrofia muscular.
• Miopatias.
• Outras doenças neuromusculares que causam fraqueza global progressiva.

Exoesqueletos militares

Outra área de utilização dos exoesqueletos é a militar, pois eles ajudam a reduzir a carga física dos soldados. Parece uma invenção de ficção científica, mas existem várias iniciativas como os protótipos desenvolvidos pela DARPA na virada do século, ou a armadura ONYX da Lockheed Martin, que busca ajudar os soldados na realização de tarefas de joelhos como atravessar terrenos difíceis. Acredita-se que estes exoesqueletos melhorarão a proteção e a carga física do soldado, mas também a carga cognitiva através do uso de sensores.

Exoesqueletos na indústria

Fábricas e linhas de montagem, assim como armazéns, são locais onde um exoesqueleto pode trazer múltiplos benefícios. Tarefas pesadas e repetitivas ou que resultam em posturas incômodas prejudicam os trabalhadores, razão pela qual algumas empresas estão incorporando estruturas robóticas de corpo inteiro ou de membros. Desta forma, é possível libertá-los de cargas pesadas, de excesso de esforço e também torná-los mais resistentes a posturas incômodas ao longo do dia de trabalho. Estas soluções não são acessíveis para todas as empresas, já que apresentam elevados custos.

COMO OS EXOESQUELETOS IRÃO EVOLUIR

Quando se trata de exoesqueletos, o termo transumanismo ganha força de forma natural. Este conceito se refere a um movimento cultural e intelectual internacional que busca transformar a condição humana através do desenvolvimento e fabricação de tecnologias que melhorem as capacidades humanas, sejam elas físicas, psicológicas ou intelectuais.

É possível que o futuro dos exoesqueletos nos leve a este transumanismo, mas apesar das enormes vantagens que eles apresentam, ainda há alguns grandes desafios a serem superados.

A potência necessária para seu funcionamento

Os exoesqueletos precisam ser portáteis, ou não precisam ser conectados fisicamente a uma fonte de energia fixa. Para que estes dispositivos sejam viáveis, eles devem ser completamente autônomos.

Suas fontes de alimentação precisam ser leves, confiáveis e duráveis, uma combinação de exigências difíceis de serem alcançadas com um baixo custo. Isto é semelhante ao caso das baterias de carros elétricos.

Custo

O alto custo dessas unidades é uma barreira significativa. No caso dos exoesqueletos médicos, estamos falando de dezenas de milhares de euros por unidade, mesmo para as opções mais acessíveis. Atualmente, somente os centros médicos mais avançados com os maiores orçamentos, assim como as grandes indústrias, podem assumir esses gastos.

A robótica como serviço (RaaS) pode ser uma forma de democratizar progressivamente esses dispositivos para usos industriais, mas para usuários com restrições de mobilidade, por exemplo, é um modelo que também apresenta certos problemas. Para a maioria dessas pessoas, os custos são excessivos.

Ergonomia, conforto e variedade de movimentos

A realidade é que, embora os exoesqueletos ajudem a superar as barreiras físicas dos seres humanos, eles estão longe de ser confortáveis. Eles podem ser pesados, mesmo que aliviem parte desse peso extra por conta própria, e podem ser desconfortáveis. A forma como eles estão apoiados ao corpo dos usuários pode causar fricções desconfortáveis e até mesmo dolorosas. Essa é um problema considerável, já que apesar de evitar lesões e melhorar a produtividade, são ferramentas pouco atraentes por serem de difícil utilização.

Além disso, os exoesqueletos atuais têm uma variedade de movimentos limitada, algo muito longe dos diversos movimentos das articulações dos membros humanos, de modo que a mobilidade dos usuários ao usar um exoesqueleto não reflete o movimento natural.

Estes são os principais aspectos que precisam ser melhorados para que estes tipos de dispositivos de assistência ou de capacitação se tornem soluções universais disponíveis para todos. Eles são as principais vias para o desenvolvimento de uma tecnologia que poderá nos levar, como seres humanos, muito além das nossas capacidades físicas máximas.