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Exoesqueletos: origem, tipos e aplicações

Exoesqueletos são robôs vestíveis que podem aumentar as capacidades físicas e a proteção de uma pessoa. Esta tecnologia só existia na ficção científica. 

Os primeiros exoesqueletos

O primeiro exoesqueleto foi criado em 1890, pelo russo Nicholas Yagn. Foi patenteado nos EUA e se chamava “Aparato para facilitar caminhada, corrida e pulo”.

Este exoesqueleto era totalmente mecânico, usava um conjunto de molas e reduzia o cansaço ao caminhar, correr e pular. A versão final tinha um tanque com gás comprimido para armazenar energia.

O primeiro exoesqueleto ativo

Em Novembro de 1965, a General Electric iniciou o projeto Hardiman, o primeiro exoesqueleto ativo. Era um sistema mestre-escravo com dois braços e duas pernas. Exoesqueletos ativos possuem uma fonte de energia própria.

Hardiman
Hardiman vem de “Human Augmentation Research and Development Investigation” (Pesquisa e Desenvolvimento de Investigação de Aumento Humano) e o man de Manipulador. Fonte: cyberneticzoo.

No começo, foram usados servos hidromecânicos, porém estes tiveram problemas de instabilidade e foram substituídos por servos eletro-hidráulicos. O projeto Hardiman não foi bem sucedido, devido à limitação da tecnologia na época. O exoesqueleto era muito difícil de ser controlado, os movimentos eram muito abruptos. Além disso, o Hardiman não podia andar e ficar de pé sem um suporte.

braço robótico vestível
Após o projeto Hardiman, foi construído um braço robótico vestível que podia levantar 340 kg, mas pesava 680 kg. Fonte: Data Driven Investor.

Como funciona?

Exoesqueletos mecânicos

O exoesqueleto passivo é puramente mecânico, transfere parte do peso dos membros superiores para outras partes do corpo, como o centro, cintura ou quadris. A distribuição uniforme de peso reduz o cansaço. A principal vantagem dos exoesqueletos mecânicos é que não precisam de uma fonte de energia externa.

Exoesqueletos elétricos

Este tipo aumenta a força física do usuário com a ajuda de atuadores. Estes podem ser motores elétricos, músculos artificias, pistões hidráulicos ou pneumáticos.

tipos de exoesqueletos
À esquerda, exoesqueleto mecânico e à direita, elétrico. Fonte: Big Rentz.

Sistemas de controle

Um exoesqueleto deve ter vários sensores. Os quais geralmente são sensores de torque nas junções ou sensores eletromiográficos que detectam atividade elétrica produzida pelos movimentos dos músculos. Os sinais dos sensores são enviados a um controlador que envia sinais de controle para os atuadores acompanharem o movimento.

exemplo de sensores mioelétricos
Exemplo de sensores mioelétricos. Fonte: seedstudio.

Estão sendo desenvolvidos exoesqueletos com interface cérebro-máquina, que podem ser controlados com o pensamento. São usados sinais do eletroencefalograma (EEG) ou de eletrodos implantados no cérebro.

robô vestível controlado pelo EEG
Robô vestível controlado pelo EEG. Fonte: Techiesms.

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Materiais

Os exoesqueletos também podem ser classificados de acordo com o tipo de material que compõem a estrutura. Os clássicos ou duros são aqueles feitos de materiais rígidos, enquanto os leves, feitos de tecidos e materiais leves. Estes são mais confortáveis do que os exoesqueletos rígidos, mas são menos potentes.

Sistemas de alimentação

Exoesqueletos ativos precisam de baterias para alimentar motores, sensores e sistemas de controle. O peso das baterias limitam a mobilidade e a autonomia. A evolução dos exoesqueletos está diretamente relacionada com o avanço das baterias, que devem ser leves, recarregáveis, duráveis e possuir alta densidade de energia.

Onde os exoesqueletos serão usados?

Já existem protótipos de exoesqueletos militares para aumentar as capacidades físicas dos soldados. Como por exemplo, o ‘Stormer’ ou ‘Shturmovik’, que já foi mostrado na notícia sobre a nova armadura Sotnik.

O exoesqueleto XOS 2 da Raytheon
O exoesqueleto XOS 2 da Raytheon. Fonte: Army Technology.

Paraplégicos e tetraplégicos poderão recuperar seus movimentos.

Exopad
Este é o Exopad, substitui a cadeira de rodas. Fonte: The Iran Project.

Os exoesqueletos aumentarão a produtividade e reduzirão a fatiga de pessoas que fazem trabalhos pesados, como operários de construção civil.

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