Anche se camminare può non sembrare un peso per la maggior parte delle persone, per gli altri, questo semplice compito può spesso sembrare estenuante. Per i pazienti che si stanno riprendendo da un intervento chirurgico o da un ictus, quelli con il morbo di Parkinson, persone con mobilità ridotta, e anche per soldati o vigili del fuoco che trasportano carichi pesanti su terreni difficili, camminare o correre può essere una lotta.

Molti ricercatori hanno riflettuto su questo problema nel corso degli anni, sviluppando una serie di dispositivi esterni che, una volta indossato dagli utenti, permettere loro di muoversi, camminare, e corrono molto più facilmente di quanto farebbero normalmente. Una varietà di questi "esoscheletri robotici" o tute robotiche è stata sviluppata nel corso degli anni, con l'obiettivo di ridurre il dispendio energetico (o il tasso metabolico) degli utenti durante la camminata e la corsa. Finora, però, come dice il professor Giuk Lee della Chung-Ang University, "Gli esoscheletri robotici tendono ad essere ingombranti e pesanti; e mentre gli esperimenti di camminata hanno mostrato risultati promettenti, l'energia spesa per la corsa con il peso aggiuntivo del dispositivo supera i vantaggi dell'assistenza robotica."

Il problema, come spiegano il Prof Lee e colleghi nel loro articolo pubblicato su Scienza , sta nel fatto che "Camminare e correre hanno una biomeccanica fondamentalmente diversa, il che rende difficile sviluppare dispositivi che assistano entrambe le andature." Affrontando questa sfida, gli scienziati mettono in mostra la loro nuova tuta, per lo più costituito da un giubbotto di tessuto, cintura, e fasciature per le cosce, proprio come i vestiti che indossiamo nella vita di tutti i giorni. Questi componenti sono collegati da fili, e dotato di batterie e di un dispositivo simile a un motore (un attuatore). Il dispositivo pesa solo 5 kg, comodamente montato intorno alla vita per aiutare i muscoli di estensione dell'anca e consentire una maggiore libertà di movimento. Cosa c'è di più, questa tuta può commutare automaticamente la modalità di assistenza tra andatura di camminata e corsa per ottenere la massima efficienza di assistenza.

Gli scienziati hanno testato il loro prototipo su tapis roulant e su percorsi all'aperto con terreni diversi per esaminare i risparmi energetici ottenuti dalle esotute in diverse condizioni. Hanno usato un algoritmo per classificare l'andatura (camminare o correre), che ha fornito feedback al dispositivo e regolato di conseguenza la modalità di assistenza. Ciò ha permesso all'exosuit di abbinare il movimento avviato dall'attuatore all'andatura individuata dall'algoritmo, e quindi massimizzare il risparmio energetico. I test interni ed esterni hanno rivelato che l'algoritmo è stato in grado di identificare correttamente le andature di camminata e corsa più del 99,98% delle volte.

Una volta confermata l'accuratezza dell'algoritmo, gli scienziati hanno esaminato i risparmi metabolici ottenuti dalle funzionalità di assistenza dell'exosuit. Hanno scoperto che l'assistenza alla tuta ha ridotto il costo energetico del camminare a una velocità di 1,5 metri al secondo (4,8 km all'ora) del 9,3%, equivalente all'utente che perde 7,4 kg. Sono anche riusciti a garantire risparmi energetici durante le attività di corsa (velocità di 2,5 metri al secondo o 9 km all'ora), dove la funzione di assistenza ha ridotto il tasso metabolico del 4%, equivalente a una perdita di peso di 5,7 kg. Tale risparmio energetico potrebbe sembrare insignificante, ma secondo il professor Lee e colleghi, "Sebbene i cambiamenti nel tasso metabolico siano relativamente modesti, sono di grandezza simile a quelli che si sono dimostrati sufficienti per migliorare le massime prestazioni di camminata e corsa. Perciò, pensiamo che questi risparmi energetici potrebbero tradursi in aumenti proporzionali delle prestazioni massime, Per esempio, durante una corsa campestre".

Finalmente, a differenza dei precedenti exosuit, che dipendeva molto dalla funzione del ginocchio, questo nuovo dispositivo utilizza l'estensione dell'anca per guidare il movimento delle gambe, rendendo le esotute particolarmente rilevanti per gli amputati sopra il ginocchio e altre persone prive di una funzione completa del ginocchio. Sfruttando la potenza dell'estensione dell'anca, gli utenti di questa tuta robotica saranno in grado di ottenere prestazioni atletiche più elevate in una varietà di terreni, passare senza interruzioni tra corsa e camminata secondo necessità.

Concludere, Il professor Lee dice, "Ci aspettiamo che questo 'robot indossabile' avrà molti usi, ad esempio nell'aiutare la formazione riabilitativa per i pazienti anziani e nel migliorare l'efficienza lavorativa di soldati o vigili del fuoco. A lungo termine, immaginiamo questo exosuit come appeso in un armadio tutto il tempo, proprio come i vestiti che indossiamo ogni giorno".