Avances en robots vestibles: Tejido automático de 'músculo de tela'

La comercialización de robots vestibles tipo ropa dio un paso significativo con el desarrollo de un equipo que puede tejer de manera continua y automática un hilo de aleación de memoria de forma ultradelgado, más fino que un cabello humano, en un "músculo de tela" ligero y flexible, adecuado para la producción a gran escala.

El Centro de Investigación en Robótica Avanzada del Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM), bajo el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología (NST), liderado por el Investigador Principal Cheol Hoon Park, desarrolló un sistema de tejido automatizado que permite la producción masiva continua de músculo de tela, un actuador de músculo artificial ligero pero potente.

El trabajo fue publicado en la revista IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering.

El sistema recientemente desarrollado utiliza un hilo de aleación de memoria de forma (SMA) con un diámetro de 25 µm, aproximadamente una cuarta parte del grosor de un cabello humano, procesado en hilo en forma de bobina, lo que permite el tejido continuo de músculos de tela. Este tejido, que pesa solo 10 g, puede levantar entre 10 y 15 kg, lo que lo convierte en un actuador central ideal para robots vestibles.

El hilo de bobina SMA desarrollado anteriormente por KIMM utilizaba un hilo de núcleo metálico, lo que resultaba en una baja elongación y dificultaba el tejido automático.

Para superar esta limitación, el equipo de investigación de KIMM reemplazó el núcleo metálico por fibra natural, rediseñó la estructura y el proceso de fabricación del músculo de tela, y mejoró el diseño de la máquina de tejido, logrando así una producción masiva continua y estable.

Los actuadores de músculo SMA son ligeros y flexibles, permitiendo que se adapten naturalmente y asistan activamente a múltiples articulaciones complejas simultáneamente. Usando esta tecnología, el equipo de investigación desarrolló el primer robot vestible tipo ropa del mundo, que pesa menos de 2 kg y asiste simultáneamente al codo, hombro y cintura, reduciendo el esfuerzo muscular en más del 40% durante tareas físicas repetitivas.

Además, el equipo creó un robot asistente de hombro ultraligero que pesa solo 840 g, que los pacientes con debilidad muscular pueden usar y llevar cómodamente en su vida diaria.

En ensayos clínicos realizados en el Hospital Nacional de Seúl (SNUH) con pacientes que padecen debilidad muscular, incluidos aquellos con distrofia muscular de Duchenne, el robot asistente de hombro mejoró el rango de movimiento del hombro en más del 57%.

Con la capacidad de producir continuamente músculo de tela de alta calidad y uniforme a través del sistema de tejido automatizado, el equipo de investigación ha sentado las bases para la comercialización de robots vestibles tipo ropa.

Este avance se espera que reduzca la carga física de los trabajadores, mejore la calidad de vida de los pacientes y acelere la adopción generalizada de robots vestibles, mejorando así la competitividad industrial. En particular, se espera que el robot asistente de hombro, diseñado para apoyar la rehabilitación y las actividades diarias de los pacientes con debilidad muscular, reduzca la carga de los cuidadores mientras mejora la independencia, calidad de vida, autoestima y bienestar general del paciente.

El Dr. Cheol Hoon Park, Investigador Principal en el Centro de Investigación en Robótica Avanzada de KIMM, afirmó: "Nuestro desarrollo de tecnología de producción masiva continua para el músculo de tela, el componente clave de los robots vestibles tipo ropa, mejorará significativamente la calidad de vida en campos como la atención médica, la logística y la construcción".

"Continuaremos construyendo sobre las extensas tecnologías de robótica vestible de KIMM para acelerar la comercialización y liderar el mercado global de robótica vestible".

Esta investigación ganó el Premio a la Mejor Investigación de KIMM 2024.