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Esoscheletro contro tuta: cosa possono fare realmente i robot indossabili di oggi
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Quando si parla di esoscheletri, molte persone immaginano innanzitutto gli AMP suit controllati dall'uomo che attraversano Pandora in Avatar o i potenti ExoSuit indossabili che Tom Cruise indossa in Edge of Tomorrow. Sullo schermo, appaiono come macchine alte e rigide che avvolgono il corpo e sembrano moltiplicare la forza umana.
Le esoscheletri nel mondo reale possono avere un aspetto completamente diverso.
Un soldato cammina su un tapis roulant mentre i ricercatori dell'esercito valutano un prototipo di esoscheletro morbido sviluppato attraverso il programma Warrior Web della DARPA. Foto: US Army RDECOM / Tom Faulkner, via Flickr (CC BY 2.0).
La maggior parte degli esoscheletri reali assomigliano più a un abbigliamento sportivo aderente che a un'armatura metallica. Questa morbidezza aiuta a ridurre il peso e l'ingombro.
Eppure l'assistenza che effettivamente forniscono può sembrare ben lontana dalle macchine moltiplicatrici di forza mostrate sullo schermo.Cosa fa bene un esoscheletro morbido
Un esoscheletro morbido sostituisce i collegamenti rigidi con tessuti, cinghie, cavi e punti di ancoraggio posizionati con cura. Il risultato può aderire meglio al corpo e pesare meno di un dispositivo con telaio.
La ricerca di Harvard sugli esoscheletri morbidi spiega il principale vantaggio: senza un telaio rigido esterno che vincola le articolazioni, un esoscheletro morbido può interferire meno con la biomeccanica naturale. I suoi componenti indossati possono essere estremamente leggeri e i sensori possono comunque rilevare gli eventi dell'andatura e coordinare più attuatori.
Questo è un vero valore aggiunto quando la priorità è il basso ingombro e la minima interferenza. L'indumento segue il movimento di chi lo indossa invece di posizionare il corpo all'interno di un collegamento rigido.
Ma la morbidezza che rende un esoscheletro discreto crea anche il compromesso che gli utenti percepiscono maggiormente: il tessuto e i cavi si allungano prima che la trazione completa raggiunga il corpo, quindi l'assistenza può risultare più debole e lenta del previsto.Dove i materiali morbidi indeboliscono l'assistenza
In un esoscheletro motorizzato, il motore non spinge il corpo attraverso un collegamento meccanico solido. Tira un cavo, il cavo tende l'indumento e l'indumento tira contro il corpo. Prima che un'assistenza utile raggiunga l'articolazione, il tessuto si allunga, i tessuti molli si comprimono e i punti di ancoraggio si assestano sotto carico.
Uno studio su un esoscheletro motorizzato per la caviglia ha misurato direttamente questo effetto. Durante il carico, la deformazione nell'interfaccia tra l'esoscheletro e il corpo umano ha assorbito circa la metà della potenza misurata all'estremità dell'attuatore, mentre la potenza che raggiunge la caviglia è arrivata in seguito.
Il risultato esatto appartiene a quel sistema, ma rende facile vedere il problema più ampio: generare potenza e fornire potenza utile non sono la stessa cosa.Seguono tre compromessi pratici:
- Parte della forza viene spesa per tendere l'interfaccia. L'elasticità del tessuto e dei cavi può ridurre l'assistenza che raggiunge il corpo, quindi un sistema morbido e leggero potrebbe sembrare meno potente quando il movimento diventa impegnativo.
- L'assistenza può arrivare più tardi del comando del motore. Se l'interfaccia deve stringersi prima di trasferire il carico, la trazione può sembrare meno immediata e meno precisamente adatta al momento in cui ne hai bisogno.
- La vestibilità diventa parte della prestazione. I sistemi morbidi necessitano di un contatto ravvicinato e di ancoraggi posizionati con cura. Se una cinghia o un indumento si sposta, il percorso della forza cambia. Un maggior numero di percorsi dei cavi e punti di attacco possono anche significare più regolazioni durante la configurazione e un profilo più elaborato una volta indossato.
Questi limiti derivano dallo strato fisico sottostante il sistema di controllo.
Un sensore può identificare il momento giusto per intervenire, ma il software da solo non può impedire a un'interfaccia tessile di allungarsi o spostarsi. Per chi lo indossa, questo significa che un rilevamento accurato non si traduce automaticamente in un supporto forte e tempestivo.Perché un esoscheletro motorizzato può fornire un supporto più diretto
Un esoscheletro motorizzato aggiunge una struttura rigida tra il motore e il corpo. Questa struttura conferisce alla forza di assistenza un percorso definito, invece di chiedere al tessuto di sopportare l'intero carico. Per chi lo indossa, una maggiore quantità della potenza erogata dal motore può arrivare come una spinta decisa e tempestiva, invece di essere impiegata per allungare il dispositivo.
La ricerca che confronta robot indossabili morbidi e rigidi giunge a una conclusione progettuale simile: i sistemi rigidi sono preferibili quando il compito richiede forze maggiori, posizionamento accurato e risposta dinamica.Rigido non significa necessariamente un telaio industriale completo.
Un sistema compatto può posizionare la struttura solo dove aiuta a trasmettere la forza, fornendo a chi lo indossa un supporto diretto senza dover entrare in una macchina ingombrante che copre tutto il corpo.
Questo percorso di forza più diretto è il vantaggio principale che la Serie Ascentiz H apporta a questo confronto. Si tratta di un esoscheletro per fianchi motorizzato indossato intorno alla vita e alle cosce, con un modulo motorizzato su ciascun lato dei fianchi. I sensori leggono il movimento che inizi, il sistema di controllo interpreta la tua falcata e i motori aggiungono assistenza attraverso il telaio mentre le gambe si muovono. Il supporto segue la falcata che stai già facendo, quindi senti un aiuto nel movimento invece di una trazione separata che devi gestire.
Entrambe le categorie possono utilizzare sensori e algoritmi per decidere quando fornire assistenza. La differenza sta nel modo in cui tale assistenza raggiunge il corpo: un esoscheletro si muove attraverso tessuti e cavi che possono allungarsi e spostarsi, quindi l'aiuto potrebbe sembrare più debole o arrivare più tardi; un esoscheletro trasmette l'output del motore attraverso un telaio rigido, quindi il supporto risulta più diretto e tempestivo.
Ascentiz H Pro combina questo percorso di forza diretto con un picco di 1.000 W in un sistema completo che pesa 2,5 kg con una batteria installata. Il sistema di indossamento regolabile utilizza una vestibilità multipunto e un'imbottitura in memory foam traspirante per una sensazione morbida e confortevole intorno al corpo. Un algoritmo di intelligenza artificiale chiamato AI OmniTerrain™ gestisce l'assistenza riconoscendo i cambiamenti nel movimento e nel terreno e regolando il livello di supporto in base alla situazione e al ritmo personale. È valutato per una riduzione dello sforzo delle gambe fino al 40%. La struttura è più visibile di un indumento morbido, ma sulle scale, nelle salite ripide e nelle camminate con carico, riduce l'assistenza persa per allungamento e spostamento, in modo che una maggiore quantità di potenza del motore raggiunga i fianchi.
Esoscheletro vs Esoscheletro: i compromessi quotidiani
| Cosa stai confrontando | Esoscheletro morbido | Esoscheletro compatto motorizzato |
|---|---|---|
| Sensazione sul corpo | Molto leggero, aderente e meno restrittivo intorno alle articolazioni | Maggiore struttura intorno all'articolazione assistita, con una forma indossata più evidente e un sistema di indossamento morbido e regolabile |
| Percorso della forza | La forza del motore viaggia attraverso cavi, tessuti e ancoraggi per il corpo, quindi parte della trazione potrebbe andare persa prima che tu la senta | La forza del motore viaggia attraverso una struttura meccanica definita, dandoti una spinta più decisa e diretta |
| Effetto di assistenza | Può funzionare bene per un'assistenza mirata, ma lo stiramento e la deformazione possono ridurre o ritardare la potenza erogata | Più adatto a un'assistenza forte e tempestiva perché il telaio limita l'energia persa nell'interfaccia |
| Sensibilità alla vestibilità | La tensione dell'indumento e la posizione dell'ancoraggio influenzano direttamente il trasferimento della forza; Lo spostamento può indebolire o reindirizzare l'aiuto che senti | La vestibilità corretta è comunque importante, ma il telaio rigido preserva la geometria prevista, quindi l'assistenza risulta più costante |
| Configurazione e aspetto | Potrebbe richiedere più cinghie, percorsi dei cavi e regolazioni precise | Più visibilmente meccanico, ma la struttura di trasmissione della forza è più facile da identificare e posizionare |
| Vestibilità ottimale | Quando il peso minimo e la bassa interferenza sono più importanti della massima assistenza | Quando un supporto attivo più forte è la priorità per salite, scale, carichi trasportati o movimenti impegnativi più lunghi |
Entrambe le categorie possono essere passive o motorizzate, quindi la costruzione non è l'unica decisione.
Il nostro confronto tra esoscheletri motorizzati e passivi spiega da dove proviene l'energia, mentre Cos'è un esoscheletro umano? tratta la più ampia categoria della robotica indossabile.Quale scegliere?
Scegli un esoscheletro morbido quando la tua priorità è rimanere leggero e flessibile. Il suo peso ridotto e la struttura rigida minima lo rendono adatto per un'assistenza moderata, dove la delicatezza dei movimenti è fondamentale.
Scegli un esoscheletro motorizzato quando l'assistenza stessa è il motivo per cui indossi il dispositivo.
Un percorso di forza rigido può erogare potenza in modo più diretto, più rapido e a un livello che rimane utile quando scale, dislivelli, distanze o un carico trasportato trasformano un passo normale in uno impegnativo.Per un'assistenza all'anca motorizzata pensata per la camminata reale e il movimento all'aperto, scopri Ascentiz H Pro. Se sei indeciso tra i due modelli della serie Ascentiz H, usa il confronto H Pro vs H Ultra per abbinare il sistema alle tue priorità.
