Publicado: 08.04.2015 20:31 |Actualizado: 09.04.2015 07:00

Unas botas que mejoran la evolución

Un exoesqueleto sin baterías hace más eficiente caminar erguido, un rasgo característico de los humanos, y abre la puerta a aplicarlo en minusvalías

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Un voluntario anda con el exoesqueleto en una pierna durante uno de los experimentos. /Universidad Carnegie Mellon

Un voluntario anda con el exoesqueleto en una pierna durante uno de los experimentos. /Universidad Carnegie Mellon

A pesar de que el ser humano está eficientemente adaptado a caminar erguido, como consecuencia de la evolución, todavía se puede mejorar esta adaptación, como demuestra un tipo de calzado que reduce en un 7% la energía que se consume al andar. Este artilugio, un exoesqueleto anclado en el pie y en el tobillo, logra la reducción citada sin baterías ni otra fuente externa de energía, lo que hasta ahora había resultado imposible. Diseñado por un equipo de ingenieros biomecánicos de las universidades Carnegie Mellon y de Carolina del Norte (EE UU), consiste en una especie de bota muy ligera que actúa en paralelo con los músculos de la pantorrilla y el tendón de Aquiles del usuario, complementando la fuerza que tienen que ejercer estos y reduciendo así la energía metabólica que se consume al contraerlos. Esta es la explicación simple, porque la verdadera parece ser más complicada, como veremos al final.



El elemento más importante del exoesqueleto es un muelle que se contrae y expande con los movimientos del tobillo exclusivamente cuando el pie pisa el suelo y que está conectado a un embrague, que actúa pasivamente, al contrario que los músculos. “Mejorar el ahorro al andar de esta manera es igual que alterar la estructura del cuerpo de forma que es más efectivo energéticamente al caminar”, explican Steven Collins y sus colegas en la revista Nature.

Experimento con sensores en laboratorio del exoesqueleto sin energía externa. /Stephen Thrift

Las fuerzas naturales presionaron para que los homínidos anduvieran sobre dos patas en vez de las cuatro utilizadas por sus ancestros, un comportamiento único entre los mamíferos que parece simple pero que en realidad es muy complejo. A lo largo de millones de años se han desarrollado naturalmente sistemas musculares, esqueléticos y neurológicos convenientes para el bipedalismo (como se llama esta forma de locomoción), recuerdan los expertos, y cada individuo también aprende a coordinarse para andar y para adaptarse muy rápidamente a nuevos escenarios. En el lado contrario están las llamadas cicatrices de la evolución, efectos secundarios molestos de la evolución que van desde los pies planos a las hernias discales y la falta de espacio en la mandíbula para las muelas del juicio, según los especialistas.

La eficiencia también viene de forma natural adaptando, por ejemplo, la longitud del paso y moviendo los brazos para minimizar la energía consumida. Pero andar sigue siendo la actividad, de las habituales cotidianas, que más energía consume. Mientras que para otras tareas se han encontrado soluciones, algunas modernas y otras mucho más antiguas, como la mochila con muelles para llevar pesos o la forma de situar estos sobre la cabeza, para ahorrar energía al andar se han probado multitud de soluciones desde hace más de un siglo sin apenas éxito. Solo recientemente se han presentado artefactos motorizados que lo consiguen.

Los niños pequeños aprenden a andar sin mayores problemas pero intentar aumentar la eficiencia del proceso, y además sin introducir energía externa, implica estudiar muy detalladamente en qué consiste desde el punto de vista biomecánico. Lo que se sabe es que el mayor gasto energético se produce en los músculos. Un embrague mecánico no requiere energía para producir fuerza y su uso junto con los restantes elementos del exoesqueleto sustituye algunas de las funciones de músculos y tendones.

Los experimentos han mostrado que el peso de un exoesqueleto inerte no aumenta el consumo de energía al andar y que la reducción conseguida con el exoesqueleto en funcionamiento se produce con muelles de una rigidez media (menor o mayor rigidez no vale). Esta reducción es equivalente a quitar a un individuo una mochila de cuatro kilogramos de peso. Sin embargo, los investigadores no están satisfechos porque no entienden bien cómo funciona su artilugio, dada la complejidad de los factores neuromusculares implicados. “Nuestra comprensión de la relación entre la actividad muscular y el ritmo metabólico sigue siendo imperfecta, pero un menor trabajo muscular no parece ser una explicación adecuada para la reducción del coste metabólico que hemos hallado en este trabajo”, reconocen. Lo que sí creen saber es que sus “botas” no producen efectos secundarios indeseables, aunque lógicamente son necesarios experimentos más largos.

Los exoesqueletos tecnológicamente avanzados se están planteando como soluciones para problemas agudos de locomoción, como la paraplejia, y cualquier avance en estos conocimientos apunta hacia posibles nuevas aplicaciones. Reducir la fatiga al caminar, especialmente en profesiones en las que se está mucho de pie, es solo el primer objetivo de trabajos como éste. “Pronto dispondremos de exoesqueletos simples, ligeros y relativamente baratos que nos ayudarán a movernos, especialmente si hemos sufrido algún daño o nos afecta la edad”, explica Steven Collins.