Mentre gli ingegneri fanno progressi nella progettazione di dispositivi indossabili, elettronicamente attivo, e tutori per gambe reattivi, supporti per le braccia, e tute intere, noti collettivamente come esoscheletri, i ricercatori del MIT stanno sollevando una domanda importante:mentre queste appendici simili a Iron Man possono amplificare la forza di una persona, mobilità, e resistenza, che effetto potrebbero avere sull'attenzione e sul processo decisionale?

La domanda è tutt'altro che banale, poiché gli esoscheletri sono attualmente progettati e testati per l'uso sul campo di battaglia, dove ci si aspetta che i soldati statunitensi eseguano manovre tattiche mirate mentre in genere trasportano da 60 a 100 libbre di equipaggiamento. Esoscheletri come l'anca adattiva elettronicamente, ginocchio, e i tutori per le gambe potevano sopportare una parte significativa del carico di un soldato, liberandoli per muoversi più velocemente e con più agilità.

Ma potrebbe indossare tali componenti aggiuntivi bionici, e adattarsi ai loro movimenti, togliere parte dell'attenzione necessaria per i compiti cognitivi, come individuare un nemico, trasmettere un messaggio, o seguendo uno squadrone?

La risposta, il team del MIT ha scoperto, è sì, almeno in alcuni scenari. In uno studio che presentano questa settimana all'incontro annuale della Human Factors and Ergonomics Society a Philadelphia, i ricercatori hanno testato volontari, che erano o membri in servizio attivo delle forze armate o partecipanti a un'unità di Reserve Officer Training Corps (ROTC), mentre marciavano attraverso un percorso a ostacoli indossando un esoscheletro al ginocchio disponibile in commercio e portando uno zaino che pesava fino a 80 libbre. Sette dei 12 soggetti hanno avuto tempi di reazione più lenti in un compito visivo quando hanno completato il corso con l'esoscheletro acceso e alimentato, rispetto a quando l'hanno finito senza l'esoscheletro.

I ricercatori hanno anche scoperto che i soldati, quando gli viene chiesto di seguire un leader a una certa distanza, erano meno in grado di mantenere una distanza costante mentre indossavano l'esoscheletro.

I risultati, sebbene preliminare, suggeriscono che gli ingegneri che progettano esoscheletri per usi militari e di altro tipo potrebbero voler considerare l'"adattamento cognitivo" di un dispositivo:quanta parte dell'attenzione o del processo decisionale di un utente potrebbe potenzialmente deviare anche mentre li assiste fisicamente.

"In un esoscheletro militare, i soldati dovrebbero cercare nemici nell'ambiente, assicurandosi dove sono le altre persone nella loro squadra, monitorare tutta una serie di cose, "dice Leia Stirling, un assistente professore presso il Dipartimento di Aeronautica e Astronautica del MIT e membro dell'Istituto per l'ingegneria e la scienza medica. "Non vuoi che debbano concentrarsi su come stanno camminando a causa dell'esoscheletro. Ecco perché ero interessato a quanta attenzione richiedono queste tecnologie".

I coautori di Stirling sull'articolo includono ricercatori del MIT, Draper, e l'Università del Massachusetts a Lowell.

Segui il leader

Per studiare l'effetto degli esoscheletri sull'attenzione di un utente, il team ha allestito un percorso a ostacoli presso il NERVE Center di UMass Lowell, una struttura che normalmente testa e valuta i robot su vari percorsi fisici. Stirling e i suoi colleghi hanno modificato un percorso a ostacoli esistente per includere pendenze trasversali e muri corti da scavalcare. Le luci ad entrambe le estremità del percorso ad ostacoli sono state impostate per lampeggiare in modo intermittente.

Il team ha arruolato 12 soggetti di sesso maschile e li ha addestrati per un periodo di tre giorni. Durante il primo giorno, erano ciascuno su misura con, e addestrato all'uso, un esoscheletro del ginocchio disponibile in commercio, un rigido, ginocchiera motorizzata progettata per aiutare a estendere la gamba di un utente e aumentare la resistenza mentre, Per esempio, nello scavalcare ostacoli e nel percorrere lunghe distanze.

Nei due giorni successivi, i soggetti sono stati istruiti a percorrere il percorso a ostacoli mentre seguivano un ricercatore, fingendosi un membro dello squadrone. Mentre si facevano strada attraverso il corso, i soggetti hanno svolto diversi compiti cognitivi. Il primo era un compito visivo, in cui i soggetti dovevano premere un pulsante su un finto fucile non appena percepivano una luce accendersi. Il secondo era un paio di attività audio, in cui i soggetti dovevano rispondere ad un controllo di chiamata radio con un semplice "Roger, terminato, " così come un compito più complicato, dove hanno dovuto ascoltare tre leader che riportavano diversi numeri di nemici e poi riferire il numero totale alla radio. Il terzo era un compito da seguire, dove i soggetti dovevano mantenere una certa distanza dal capo squadriglia durante la navigazione.

Globale, Stirling scoprì che per il compito visivo, sette dei 12 soggetti che indossavano l'esoscheletro motorizzato hanno reagito significativamente più lentamente e tendevano a perdere completamente i segnali luminosi, rispetto alle loro prestazioni quando non si indossa il dispositivo. Mentre indossi la ginocchiera motorizzata, i soggetti avevano anche difficoltà a mantenere la distanza specificata quando seguivano il leader.

tute fluide

Andando avanti, Stirling intende indagare sull'importanza dei tempi di reazione indossando un esoscheletro in vari contesti.

"Per un militare, se non rilevano un nemico per più di mezzo secondo, che cosa significa? Questo mette a rischio la loro vita, o va bene?" dice Stirling. "Dobbiamo capire meglio quali sono queste differenze operativamente rilevanti. Un tempo di reazione di mezzo secondo per me che cammino lungo un marciapiede probabilmente non è un grosso problema. Ma potrebbe essere un grosso problema in un ambiente militare".

interessante, il team ha identificato alcuni utenti che non erano turbati dall'aggiunta di un esoscheletro, e che si sono comportati altrettanto bene nel visual, Audio, e compiti successivi.

"In questo studio, vediamo che alcune persone non hanno deficit nella loro attenzione. Ma alcune persone lo fanno, e non siamo sicuri del motivo per cui alcune persone sono buone utilizzatori di esoscheletri e alcune hanno più difficoltà, " Dice Stirling. "Ora stiamo iniziando a indagare su cosa rende le persone buoni utenti rispetto a utenti meno abili. È questo guidato da un percorso motorio, o un percorso di percezione, o un percorso cognitivo?"

Il gruppo di Stirling sta lavorando per una migliore comprensione del modo in cui gli umani si adattano e reagiscono agli esoscheletri e ad altre tecnologie indossabili, come le tute spaziali di nuova generazione.

"Stiamo esaminando la fluidità tra ciò che sta facendo il sistema e ciò che sta facendo l'essere umano, " dice Stirling. "Se l'essere umano vuole accelerare o rallentare, questo sistema può essere progettato per muoversi in modo appropriato in modo che l'essere umano non stia combattendo il sistema, e viceversa?"

Al di là delle applicazioni militari e spaziali, Stirling dice che se la connessione tra l'uomo e la macchina può essere resa più fluida, richiedendo meno attenzione immediata dell'utente, allora gli esoscheletri possono trovare un molto più ampio, appeal commerciale.

"Forse vuoi essere in grado di scalare quella montagna, o fare un'escursione più lunga, o potresti essere più grande e voler correre con i tuoi nipoti, "Dice Stirling.

"Come si possono progettare esoscheletri in modo che le persone possano ridurre il proprio rischio di lesioni ed estendere le proprie capacità, le loro attività della vita quotidiana? Questi sistemi sono davvero entusiasmanti. Vogliamo solo essere consapevoli dei diversi rischi che si verificano quando si introduce qualcosa in un ambiente naturale".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.