Reparo de Exosqueletos

Exosqueletos são dispositivos vestíveis que aprimoram ou auxiliam o movimento humano por meio de interação mecânica. Eles servem a vários propósitos, incluindo médico (reabilitação e assistência), ocupacional (redução de lesões e melhoria de desempenho) e recreativo (apoio a atividades). Os exosqueletos também podem ser categorizados por parte do corpo ou tarefa, estrutura (rígida ou macia) e outras características.

Os primeiros exosqueletos inventados por Nicholas Yagin.

Dispositivos vestíveis primitivos que poderiam ser considerados exosqueletos pelos padrões modernos foram desenvolvidos em meados e final dos anos 1800 e 1900, antes do termo “exosqueleto”. Muitos desses primeiros dispositivos de exosqueleto eram chamados de cintas, suportes, pedômetros ou aparelhos. Eles foram projetados para melhorar a postura, a mobilidade e outras tarefas físicas; no entanto, a maioria desses dispositivos existia apenas como protótipos ou conceitos e não foi comercializada ou teve qualquer adoção em larga escala.

Um dos primeiros exosqueletos vestíveis foi um aparelho passivo e rígido projetado pelo engenheiro russo Nicholas Yagin em julho de 1889. Seu objetivo era aprimorar a corrida, a caminhada e o salto. Outro exosqueleto desenvolvido no início do século XX foi um exoesqueleto macio movido a vapor criado pelo inventor norte-americano Leslie Kelly. Esse exosqueleto visava melhorar a capacidade de corrida do usuário, transmitindo energia mecânica para ligamentos criados artificialmente que corriam paralelamente aos músculos do usuário.

O desenvolvimento da tecnologia de exosqueletos continuou ao longo de meados do século XX, introduzindo novas possibilidades e desafios no desenvolvimento de tecnologias assistivas vestíveis para aumento e reabilitação. Um dos sucessos mais proeminentes em tecnologias de exosqueletos durante esse período foi o surgimento de estabilizadores de câmera vestíveis. No entanto, como ainda havia pouco ou nenhum marketing de exosqueletos na época, a tecnologia desenvolveu-se amplamente em sua própria categoria, mas obteve sucesso com ampla adoção durante a década de 1970.

Diagrama mostrando um operador humano no protótipo Hardiman I.

Durante esse período, aplicações militares para a tecnologia de exosqueletos também estavam sendo consideradas. Em 1951, o Laboratório de Pesquisa Balística (BRL) do Exército dos Estados Unidos iniciou pesquisas sobre um exosqueleto motorizado projetado para auxiliar soldados. Em 1963, o pesquisador do BRL, S. Zaroodny, produziu uma proposta para um protótipo do exosqueleto. No entanto, permanece incerto se o protótipo foi realmente criado devido aos desafios de engenharia associados ao seu desenvolvimento.

Na década de 1960, as Forças Armadas dos Estados Unidos e a General Electric co-desenvolveram outro projeto de exosqueleto chamado Hardiman I. Esse exosqueleto era movido por um sistema de servo bilateral hidromecânico que amplificaria a força do usuário por um fator de 25. Isso significava que levantar um objeto de 110 kg pareceria próximo de 4,5 kg, sendo possível levantar objetos de até 340 kg. O Hardiman I também possuía um recurso chamado feedback de força, que permitia ao usuário sentir a força e os objetos sendo manipulados. No entanto, o Hardiman I apresentava várias limitações de projeto que resultariam no projeto ser rotulado como um fracasso total. Qualquer tentativa de usar o exosqueleto completo resultava em movimento violento e descontrolado, o que deixava os pesquisadores hesitantes em ligar a máquina com um operador humano dentro. Além das complicações operacionais, o Hardiman I pesava 680 kg, e o recurso de feedback de força não funcionava como pretendido, resultando na destruição de qualquer objeto com o qual estivesse interagindo.

Diagrama mostrando os recursos de design do Exosqueleto Pitman.

A tecnologia de exosqueletos continuou a evoluir nas décadas de 1980 e 1990, servindo como campos de teste e protótipos exploratórios. Um conceito notável de exosqueleto foi o Pitman, desenvolvido pelo Laboratório Nacional de Los Alamos. O Pitman era uma "armadura" motorizada de 227 kg destinada principalmente à infantaria militar para conflitos de baixa intensidade e operações antiterroristas. Ele apresentava uma armadura composta de polímero de fibra de vidro/cerâmica e sensores de leitura cerebral no capacete que controlavam o traje. No entanto, o Pitman nunca progrediu além da fase inicial de conceito devido à sua complexidade e impraticabilidade percebidas na época.

No campo da reabilitação, avanços significativos foram feitos na tecnologia de exosqueletos. Um desses exemplos é o exosqueleto Lifesuit, um dispositivo de reabilitação robótica projetado para ajudar indivíduos com paralisia a realizar exercícios de terapia voltados para recuperar a mobilidade e aprender a andar. Embora os primeiros Lifesuits fossem inicialmente conectados por cabos, projetos posteriores permitiram que os exosqueletos Lifesuit fossem mais portáteis, o que o inventor do Lifesuit, Monty Reed, usou para caminhar em corridas de rua públicas.

A partir de 2000, o foco no campo dos exosqueletos mudou e se expandiu, em parte devido a avanços significativos em design, implementação e adoção. A ênfase em exosqueletos robóticos de corpo inteiro que aumentam drasticamente o desempenho de uma pessoa diminuiu em favor de designs menores e mais simples para usos específicos. Os exosqueletos modernos atuam como ferramentas vestíveis e oferecem benefícios para tarefas limitadas, como suporte de tornozelo para pacientes que sofreram derrame ou suporte de ombro para trabalhadores de linhas de montagem.

O início do século XXI também viu o surgimento de novas categorias de exosqueletos para casos de uso recreativo, de pesquisa e educacional. Isso inclui produtos de exosqueleto para auxiliar os usuários a caminhar, correr, fazer trilhas e até esquiar.

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