La historia de los exoesqueletos
Los primeros exoesqueletos que fueron creados son los exoesqueletos para los miembros inferiores, ya que es mucho más fácil imitar el movimiento de las piernas que el movimiento de los brazos. Desde hace muchos años, se tiene la visión de mejorar la capacidad de movimiento de algunos seres humanos, por lo mismo, se ve la presencia de indicios o comienzos de creaciones de exoesqueletos, como lo son:
En los años 60, se creó el primer exoesqueleto llamado "Hardiman" (Imagen 4). Creado por General Electric, a pesar de que su modelo es bastante parecido a los exoesqueletos de la actualidad, ha cambiado un poco la forma
y el diseño haciéndolo más sofisticado. También en los años 60, Reinkemsmeyer describió el exoesqueleto robótico aplicado para situaciones médicas e industriales llamado "Lokomat".
Actualmente, existen distintos tipos de exoesqueletos "Lokomat" (imagen 5) siendo este el Lokomat Pro, entre ellos se encuentra el Pediátrico, Teletón, etc.
En el ámbito militar, a mediados de los años 1980, en los laboratorios Álamos Nacional el científico Jeffrey Moore afirma que el exoesqueleto puede ser usado para aumentar y ayudar a la capacidad de los soldados inspirados en el concepto de Heinlein.
En la misma década, el programa DARPA llamado "Aumento de rendimiento humano" marcó como objetivo desarrollar y aumentar las capacidades de los soldados que se encontraban activos en el campo.
Para el 2003 aparece un exoesqueleto de 7 GdL Soft-Actuated, capaz de generar movimientos de flexo-extensión, abducción-aducción y rotación interna-externa del hombro, flexoextensión del codo, pronosupinación del antebrazo, flexo-extensión y desviación radio-ulnar de la muñeca. La característica original es el uso de músculos neumáticos como un par antagónico. Posee una masa ligera y una excelente proporción fuerza-peso (imagen 6).
En el mismo año, los dispositivos que combinan la realidad virtual y la rehabilitación tuvieron mayor impulso, tal es el caso de un exoesqueleto de 7 GdL mediante el cual el usuario humano puede interactuar con un ambiente virtual; la articulación del hombro es de tipo esférico y genera aducción-abducción, elevación del hombro y giro en la parte superior del brazo; el codo maneja flexo-extensión y giro del antebrazo. La muñeca posee flexo-extensión y abducción-aducción. La estructura pesa en total 2.3 kg (Chou et al. 2004). Sarcos Master es un exoesqueleto de 7 GdL, de poco peso, minimiza la inercia debido a la gravedad y el efecto Coriolis de tal forma que los movimientos del brazo del usuario no son afectados.
Para el 2005, las perturbaciones de torque pueden ser aplicadas individualmente a cualquiera o a todos los GdL, derivando en un ambiente dinámico nuevo, para que los sujetos se puedan adaptar al sistema.
Asimismo, en el 2005, se presenta un exoesqueleto en Latinoamérica (Imagen 6.1), específicamente realizado en Colombia. Dicho dispositivo cuenta con 3 GdL.
Con rotación interna-externa del húmero, flexión-extensión del codo y pronación-supinación de la muñeca. Para este prototipo se realizó un análisis biomecánico donde se identificaron 5 GdL del miembro superior . En el 2006 el dispositivo diseñado por la Universidad RICE está enfocado a la rehabilitación en ambientes virtuales en modo activo y pasivo.
Utilizan manipuladores robóticos para generar el movimiento de flexo-extensión en el codo, pronosupinación del antebrazo, flexo-extensión de la muñeca y desviación radio-ulnar.
Está formado por una articulación de revolución en el codo, una articulación de revolución para la rotación del antebrazo y 3 articulaciones esférica-prismática-revolución en serie-paralelo para la muñeca .
Otro dispositivo en el cual sus investigadores han trabajado durante bastante tiempo es RUPERT y se han desarrollado 4 versiones. La 1ra versión incluía 4 músculos neumáticos, elevación del hombro, extensión y supinación del codo y extensión de la muñeca. Después de considerar las condiciones funcionales de los pacientes, la estructura estaba restringida en la abducción del hombro a un solo plano (15° de forma lateral). La máxima elevación estaba limitada a 45°. Además, posee una plataforma que estabiliza la escápula. En la 2da versión, se modificó el centro de rotación y la longitud de cada segmento. Sin embargo, esta característica generó el inconveniente de incrementar el peso total y el aumento de la demanda de energía en la articulación del hombro y del codo. La 3era versión fue una estructura hecha de fibra de carbono, se desarrolló para disminuir el peso de la versión anterior, pero conservando su rigidez, el mecanismo permitió la flexión en el hombro, la flexión del codo, la supinación y pronación. Así como, la flexo-extensión en la muñeca. La 4ta versión fue de 5 GdL, aumentando la rotación humeral a los GdL anteriores. Además de poseer un sistema de control adaptativo en lazo cerrado, que permite ayudar a los usuarios a realizar sus tareas tranquilamente, en un ambiente 3D.
ARMin fue un proyecto para el cual su desarrollo fue un proceso largo de investigación (Imagen 7).
La 1ra versión fue de 6 GdL, 4 activos y 2 pasivos, a fin de permitir la flexoextensión del codo y los movimientos espaciales del hombro. Se ocupó en
terapias de rehabilitación con la finalidad de recuperar la capacidad de realizar las actividades de la vida diaria. Es ajustable en 5 parámetros. La 2da versión fue de 7 GdL siendo dos de ellos acoplados. Contiene sensores que permiten medir las fuerzas de interacción entre el brazo del paciente y el exoesqueleto. Adicionalmente, un sensor de fuerza/torque se colocó en la sección que soporta el antebrazo. Además, para complementar las mediciones, la palanca de la mano fue instrumentada con indicadores de esfuerzo. Así como, con una pantalla donde el terapeuta indica la rutina a seguir. La 3ra versión cuenta con 6 GdL activos, siendo 3 para el hombro. Otro para la flexoextensión del codo, uno más para la prono-supinación del antebrazo y el último corresponde a la flexo-extensión de la muñeca (Nef et al., 2006, Mihelj et al., 2007 y Brokaw et al., 2011).