Gli esoscheletri sono dispositivi che vengono indossati per protezione o supporto, come un'armatura o un elmo. Questi e altri dispositivi passivi esistono da millenni, ma i ricercatori di oggi stanno sviluppando sistemi di esoscheletro potenziati che, nel futuro, potrebbe portare gli umani a nuovi livelli di forza e resistenza.

Fornendo potenza aggiuntiva, potrebbero migliorare la resistenza dei soldati sul campo di battaglia o aiutare i lavoratori a svolgere i compiti in modo più semplice e sicuro. Potrebbero anche aiutare le persone ferite e disabili a riconquistare la propria indipendenza.

Ma per far funzionare gli esoscheletri di nuova generazione, dovremo ripensare alle nostre idee su come i sistemi indossabili interagiscono con gli umani che li usano. La professoressa associata Leia Stirling sta facendo proprio questo nel dipartimento di operazioni industriali e ingegneria della UM. Già con il dipartimento di aeronautica del MIT, Il lavoro sui fattori umani di Stirling all'UM sta gettando nuova luce su come gli esoscheletri potenziati cambiano il modo in cui chi li indossa pensa e si muove. L'ultimo articolo di Stirling si intitola "Static, Dinamico, e Cognitive Fit of Exosystems for the Human Operator." Ci siamo incontrati di recente con lei per saperne di più sul suo lavoro.

Abbiamo visto tutti un sacco di esoscheletri in film come Iron Man e RoboCop. Sono questi i tipi di sistemi su cui stai lavorando?

Non esattamente, penso che gli esoscheletri di tutto il corpo siano ancora molto lontani. Intanto, anche se, ci sono applicazioni di esoscheletro più limitate che possono aiutare le persone con movimenti specifici, come aggiungere supporto e potenza a una caviglia o un ginocchio. Quelli sono i frutti bassi, e stiamo iniziando a vedere questi sistemi commercialmente. Ma c'è molto lavoro da fare prima che diventino pratici per un uso diffuso.

Perché anche gli esoscheletri alimentati a articolazione singola sono molto più complessi dei sistemi passivi?

Quando aggiungiamo potenza anche a un semplice esoscheletro, dobbiamo iniziare a pensarlo meno come un capo di abbigliamento e più come un veicolo molto piccolo. Quando indosso un esoscheletro, Ci sono dentro e mi sta attivamente muovendo. Quindi dobbiamo pensarci da una prospettiva umana:come può l'utente guidare quel veicolo in modo più efficiente e sicuro?

Questo è un allontanamento dal passato, dove i ricercatori sugli esoscheletri si sono concentrati principalmente sulla meccanica dei dispositivi. E significa che i ricercatori sui fattori umani come me devono lavorare con ingegneri meccanici per portare queste macchine al livello successivo.

Come fai a sapere che i sistemi alimentati influenzano chi li indossa in modo diverso rispetto agli apparecchi ortodontici e ad altri dispositivi che abbiamo da anni?

Tutti i sistemi possono influenzare il modo in cui ci muoviamo e i sistemi alimentati non fanno eccezione. Per esempio, non molto tempo fa, abbiamo condotto uno studio in cui i partecipanti indossavano un semplice esoscheletro motorizzato, uno che forniva potenza extra alla caviglia mentre spingevano il piede da terra mentre camminavano. L'abbiamo acceso, e abbiamo scoperto che diversi partecipanti hanno utilizzato tale spinta in modo molto diverso man mano che si adattavano al sistema. Alcuni hanno fatto passi più lunghi, alcuni hanno fatto passi più brevi, alcuni sono rimasti gli stessi. Alcuni sono tornati ai loro normali schemi di andatura dopo che abbiamo spento l'alimentazione, alcuni no.

Lo studio ha dimostrato che anche un piccolo cambiamento altera il ciclo di feedback che ci consente di navigare nel nostro ambiente. Questi cambiamenti possono verificarsi sia consciamente che inconsciamente. Dobbiamo capire come questi sistemi alimentati influenzano la nostra percezione, cognizione, e processo motorio e come possiamo progettare gli esoscheletri per adattarsi adeguatamente ai singoli utenti.

Come si misura se un esoscheletro potenziato "si adatta" a chi lo indossa?

Abbiamo effettivamente ripensato all'idea di "adattamento" in un recente articolo che abbiamo pubblicato. Lo abbiamo suddiviso in tre aspetti separati.

Il primo è "adattamento statico":questo è ciò a cui siamo abituati, come nel modo in cui questo dispositivo si adatta alle dimensioni e alla forma del mio corpo quando non mi muovo.

La seconda dimensione è "adattamento dinamico, " cioè quanto bene il dispositivo si muove con me. Sta limitando il mio movimento, e si adatta correttamente durante l'intera gamma di movimenti che dovrò eseguire per una serie di attività?

La terza dimensione, e quello a cui siamo meno abituati, è "adattamento cognitivo". Questa dimensione misura come un dispositivo che indosso cambia il modo in cui penso al movimento, sia consciamente che inconsciamente. Come interpreto il feedback che ricevo dal dispositivo? E come possono i produttori di un dispositivo adattare il suo feedback ai processi cognitivi dei diversi utenti?

I dispositivi esoscheletrici alimentati forniscono intrinsecamente un feedback tattile a causa del modo in cui applicano le forze al corpo durante il movimento. Ma stiamo anche esaminando come possiamo progettare in feedback esplicito per aiutare gli utenti a rafforzare la fiducia nei dispositivi e renderli più facili da usare in modo efficiente.

Se ora dobbiamo considerare questi nuovi fattori, significa che stiamo perdendo terreno sulla strada verso nuovi tipi di sistemi esoscheletrici?

Anzi, identificare queste dimensioni aggiuntive fa tutto parte del processo di costruzione di nuovi tipi di macchine. Gli esoscheletri sono davvero sistemi interdisciplinari, quindi progettarli richiede un insieme unico di abilità. Questa ricerca fornisce un quadro per farlo accadere.

Infatti, uno dei motivi per cui sono venuto in Michigan era che c'erano tutte queste persone che pensavano agli esoscheletri da tutte queste diverse prospettive. Sono davvero entusiasta di essere in un posto dove ci sono tutte queste persone che lo guardano da diverse angolazioni che possono lavorare insieme.