Volgens Aaron Young, onderzoeker aan het Georgia Institute of Technology, zijn mechanisch ondersteunende exosuits, lang afgebeeld in populaire sciencefiction- en filmwerken, de laatste jaren eindelijk commercieel ingezet. De meeste van deze exosuits hebben een zogenaamd passief ontwerp en helpen de drager met niet-aangedreven elementen zoals veren.

Actieve exosuits die elektronica en aangedreven motoren bevatten, moeten nog breed worden toegepast. Ze zijn meestal groot en zwaar en vertrouwen op stijve exoskeletten om het gewicht van het lichaam naar de grond over te brengen. Exoskeletten voegen ook veel stijfheid toe, zei Young. Het aantrekken van de meeste actieve exosuits is een beetje alsof je één wordt met een vorkheftruck, waarbij je de drager beperkt tot het tillen van gewichten in een verticaal vlak.

Om al deze redenen heeft Young's Asymmetric Back eXosuit (ABX) beschreven in het nummer van 5 oktober van IEEE Transactions on Robotics is zeer niet standaard. Er is geen exoskelet, geen starre structuur, niets dat contact maakt met de vloer. Als de drager daar gewoon staat, doet hij niets anders dan 14 pond aan zijn benen toevoegen. Maar als ze hun lichaam optillen vanuit een voorovergebogen positie, maakt het een ietwat hectisch geluid:dat is het geluid van de ABX die hen helpt hun romp te draaien, hen te helpen draaien.

Hoewel de meeste actieve exosuits verticale liften ondersteunen, zijn roterende en draaiende bewegingen ook alomtegenwoordig, vooral in bepaalde gebieden van handarbeid, zoals het ophalen van afval en het afhandelen van bagage. In veel gevallen kunnen deze bewegingen onhandig en inspannend zijn, wat volgens Young leidt tot werkgerelateerde verwondingen en rugpijn. Rugpijn is op zijn beurt direct gecorreleerd met de sterkte van de druk- en schuifkrachten die op de wervelkolom worden uitgeoefend.

Bij het ontwerpen van hun exosuit zochten de onderzoekers een manier om deze belasting van de wervelkolomgewrichten te verminderen. Het aantrekken lijkt een beetje op het aantrekken van een futuristische rugzak. Twee motoren worden eerst vastgebonden op de achterkant van elk bovenbeen. Deze motoren worden vervolgens verbonden met de achterkant van de tegenoverliggende schouders, elk met hun eigen kabel, waardoor er twee kabels ontstaan ​​die elkaar diagonaal overlappen. Het exosuit biedt hulp door spanning op de kabels uit te oefenen wanneer het detecteert dat de drager opstaat uit een gebogen houding.

"Het is absoluut een andere sensatie dan een soort standaard exoskelet. Het is niet jouw standaardontwerp", zei Young.

Omdat de diagonale kabels een bewegingscomponent hebben die horizontaal is, oefenen ze een trekkracht uit op de romp die kan helpen bij het heen en weer draaien ervan. In tests toonden de onderzoekers aan dat wanneer een drager van de ABX een gewicht van de grond naar één kant zwaaide, het exosuit hun rugspieractivaties met gemiddeld 16% verminderde, zoals gemeten door elektromyografie (EMG) -sensoren. Het exosuit zorgde ook voor een vermindering van 37% van de inspanning van de rugspieren wanneer een drager gewichten symmetrisch, recht van de grond tilde - een ondersteuningsniveau dat vergelijkbaar is met stijvere ontwerpen.

"Mensen hadden absoluut het gevoel dat de technologie hen helpt, wat geweldig is. En we hebben de gelijktijdige EMG-reductie gezien", zei Young. "Ik vind het een geweldige eerste stap."

In zekere zin is het dragen van het exosuit bijna hetzelfde als het vastbinden van twee extra spieren op het lichaam - onconventionele spieren, die rechtstreeks van rug naar been lopen. Interessant is dat het de positionering van deze spieren is in plaats van hun brute kracht die ze functioneel maakt, zei Young.

De motoren trekken de kabels met veel minder kracht dan de spieren in het lichaam. De kabels liggen echter veel verder van de verbindingen. Door deze positionering krijgen de kabels een grotere hefboomwerking en mechanisch voordeel, waardoor de drager zijn algehele spierkracht kan verminderen en daarmee de belasting die ze op hun ruggengraat leggen. (Spinale belasting werd niet direct gemeten in het onderzoek.)

Afgezien van de algehele prestaties, is het de flexibele, asymmetrische aard van het pak dat het echt uniek maakt, zei Young. Er zijn momenteel geen andere actieve exosuits die ondersteuning bieden bij het draaien en roteren door een vergelijkbaar bewegingsbereik. Terwijl andere exosuits ook kabels gebruiken, heeft geen enkele ze langs diagonale lijnen gerangschikt.

Young is currently seeking collaborations with industry partners to further develop the exosuit. In future work, he sees its control system as a point to improve. Currently, when a person raises their torso from a lowered position, the cables simply pull with constant tension. But it should be possible to make the system detect different actions of the wearer and adjust its pull in response.