Exoesqueletos definición y características

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ESTADO DEL ARTE
BIOINGENIERIA: EXOESQUELETOS
Christian Abel Espejo Quezada
Ingeniería Eléctrica, Universidad Politécnica Salesiana
cespejo@est.ups.edu.ec
Resumen—En el presente trabajo se presenta una revisión la industria para mejorar la producción, y tambien para realizar
bibliográfica de los exoesqueletos robóticos ( como su nombre lo actividades que no son posibles que las realice un a persona.[1]
dice esqueletos externos) aplicados para potenciar las capacidades La robótica combina diversas disciplinas como son el control,
humanas en el caso de uso militar, ademas para rehabilitación
y sobre todo para ayudar a personas con discapacidades en la electronica, la programación , la mecánica para todos los
extremidades tanto superiores como inferiores. Se prestara mayor componentes, etc.
atención a la parte electrónica de estos dispositivos. Las aplicaciones de la robótica son innumerables, como
Index Terms—Electromiografía, Bioingeniería, Exoesqueletos, se dijo anteriormente es utilizada en la industria, hogar, en
Robótica, Háptico, Control, Anatomía„ Articulaciones, Falanges. exploraciones a otros planetas, medicina.[12]
La Teleasistencia reúne tecnologías para poder realizar el
cuidado y la asistencia a distancia de la salud de pacientes,
I. I NTRODUCCIÓN . por ejemplo hay implementos que permiten la monitorización
de signos vitales de un paciente, diagnósticos por video confe-
En las ultimas décadas el avance de la tecnología se esta
rencia, etc. Ademas existen equipos que se están desarrollando
dando a pasos agigantados, lo que consideramos de ultima
para poder realizar operaciones sin estar presente en la sala. El
tecnología el día de hoy en pocas semanas puede considerarse
especialista tendrá un contacto visual y auditiva mediante una
tecnológicamente antiguo.
pantalla, entonces dará ordenes a un robot que se encuentra
Gracias a este avance de la tecnología ha sido posible
en la sala de operaciones. Este tipo de tecnologías se están
que esta este inmersa en diferentes campos como el militar,
probando en países desarrollados.[1]
medico, entretenimiento, e.t.c.
La medicina ha sido uno de las beneficiaras mas grandes,
con la aparición de herramientas que facilitan los trabajos que
realizan los médicos y tambien ayudan a la rehabilitación de
pacientes. De aquí sale la Bioingeniería que es una ciencia
joven pero con grandes avances.
Una aplicación de la bioingeniería que se esta desarrollando
mucho en estos últimos meses son los exoesqueletos. Los
exoesqueletos son dispositivos que se usan como si fuera un
traje, y este puede ayudar a potenciar la capacidades de una
persona, por ejemplo en el campo militar se esta creando
exoesqueletos que ayudan al soldado a llevar cantidades gran-
des de peso sin la necesidad de esfuerzo.
Pero por otro lado existen exoesqueletos que son usados
para ayudar a personas con discapacidades y personas que
necesitan rehabilitación. Si bien hay exoesqueletos para las
Figura 1. Teleasistencia médica.[2]
extremidades superiores, los exoesqueletos para las extremi-
dades inferiores son los que mas se están desarrollando, en
especial para ayudar a personas que por diferentes razones no
pueden caminar y dependen de una silla de ruedas para poder
movilizarse, con estos dispositivos se da la oportunidad que III. S EÑALES E LECTROMIOGRÁFICAS .
una persona invalida o adultos mayores que están imposibili- Las señales electromiográficas son de naturaleza eléctrica
tados para caminar lo puedan volver a hacer. y se producen cuando existe contracción o distensión en los
músculos esqueléticos.[5]
II. ROBÓTICA Y T ELEASISTENCIA . Es de gran interés identificar los músculos que actúan
La robótica es una rama de la tecnología que ha sido uti- cuando se realiza un movimiento específico, con la ayuda
lizada para automatizar máquinas, haciendo que estas tengan de la señal electromiográfica, es de gran interés “relacionar
inteligencia aplicada, las máquinas robóticas son utilizadas en las características eléctricas de la señal electromiográfica,

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con la fuerza o el momento que causa el músculo sobre la se puede tener una mejor experiencia virtual. Este tipo de
articulación”. [6] dispositivos son muy utilizados por galenos e investigadores
especializados en reconstrucción de rostros a partir de un
cráneo.
Figura 2. Señales Electromiográficas.[6]
Figura 3. Exoesqueleto para discapacitados
IV. A PLICACIÓN DE LA ROBÓTICA EN D ISCAPACIDADES .
Durante los años 70 se dan las primeras aplicaciones de
robótica para ayudar a las discapacidades. Se construyeron V-A. HAL.
elementos prostéticos1 y ortéticos2 .[3] El nombre HAL quieres decir hybrid assistive limb, este es
En la actualidad ha un sinfín de aplicaciones de la ro- un exoesqueleto motorizado que se acopla al cuerpo, ayudando
bótica para ayudar en discapacidades, por ejemplo para la a la persona a moverse sin ningún esfuerzo, este traje como
rehabilitación del codo, dedos„ rodillas. Pero tambien existen se puede ver en la figura 4 es para todo el cuerpo no se limita
aplicaciones como los exoesqueletos de los cuales hablaremos a un solo tipo de extremidades. Este exoesqueleto cuenta con
a continuación.[4] sensores que ayudan a detectar las señales nerviosas que envía
el cerebro a los músculos y de esta manera se anticipa al
V. E XOESQUELETO . movimiento que el usuario va a realizar. [13]
Podemos decir que un exoesqueleto es una especie de HAL fue diseñado por la compañía japonesa Cyberdyne.
traje robótico que puede ser utilizado por una persona, el
exoesqueleto tiene la capacidad de intercambiar información,
humano-maquina.[7]El intercambio de las señales se da me-
diante sensores que en muchos casos no son invasivos, esto
quiere decir que no afectan a la persona, las señales medidas
son electromiográficas, y se las detecta con el fin de predecir
la intensión de movimiento que tendrá la persona que usa el
traje.[8]
El exoesqueleto esta compuesto de partes mecánicas y
electrónicas. Para poder realizar un exoesqueleto se necesita
de un estudio primero sabiendo para que tipo de discapacidad
o de objetivo será aplicado.
Los exoesqueletos son dispositivos de tipo órtesis, quiere
decir que es un apoyo externo aplicado a un cuerpo para
modificar distintos aspectos.[9]
Los exoesqueletos pueden ser activos o pasivos, los activos
son usados en exoesqueletos militares (aumento de fuerza)
y para discantados en cambio los pasivos se utilizan para
telepresencia.[10], [11]
También podemos encontrar exoesqueletos que son im-
plementados como dispositivos hápticos, estos sirven para Figura 4. Exoesqueleto HAL
interactuar con entornos virtuales. Simulan texturas, formas,
etc, de los elementos que el usuario opera, de esta manera
1 prótesis es una extensión artificial que reemplaza una parte del cuerpo que
no existe V-B. Lokomat.
2 órtesis son definidas por la ISO como un apoyo u otro dispositivo externo
aplicado al cuerpo para modificar los aspectos funcionales o estructurales del Es un exoesqueleto basado en tecnología DGO, (driven gate
sistema ortosis o de conducción de la ortosis), es capaz de imitar el

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caminar fisiológico del usuario, a diferencia del HAL este
exoesqueletos se acopla solamente a las extremidades infe-
riores. El tronco del usuario se queda suspendido mientras el VI. C ONCLUSIONES .
exoesqueleto reproduce un caminar normalizado. Es utilizado Los exoesqueletos son trajes robotizados que en un principio
principalmente para rehabilitación de pacientes con problemas fueron creados para fines militares (mejorar fuerza, rapidez),
en sus extremidades inferiores.[14] hace unos pocos años simplemente podíamos ver este tipo
Fue diseñado por un ingeniero eléctrico Grey Colombo y se de tecnología en películas como iron-man, y en videojuegos
desarrollo en Suiza gracias al hospital universitario Balgrist. como crysis en donde estos trajes son utilizados para brindar
capacidades que un humano por si solo no las podría realizar.
En la actualidad los exoesqueletos están siendo usados y
desarrollados dentro del campo de la medicina para mejorar
las condiciones de vida humana en especial para personas
que sufren de discapacidades en sus extremidades superiores o
inferiores.Estos implementos brindad la posibilidad de volver
a caminar por ejemplo a personas que dependían de una silla
de ruedas
R EFERENCIAS
[1] D. Miguel Carballeda, “Tecnologías con Sentido”, presentado en II
Congreso Domótica y Teleasistencia para Todos, España, 2007.
[2] iRobot Corporation, “Robot de teleasistencia medica”, 2012. [Online].
Available: http://global.irobot.com/
Figura 5. Exoesqueleto Lokomat [3] Casals. Alicia, “Robótica y Personas con discapaci-
dad”. ZERBITZUAN, no. 37, 1999. [Online]. Available:
http://www.zerbitzuan.net/documentos/zerbitzuan/ZERBITZUAN %2037.pdf
[4] Lasso M. I. and Masso D. M., “Exoesqueleto para reeducación muscular
en pacientes con IMOC tipo diplejía espástica moderna ”, Engineer
V-C. Rewalk. thesis, Universidad del Cauca, Colombia 2010.
[5] SODERBERG G. L., and others, Selected Topics in Surface Elec-
El Rewalk es un exoesqueleto desarrollado para ayudar a tromyography for use in the Occupational Setting: Expert Perspectives,
personas con parálisis en las extremidades inferiores (piernas) U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service
Centers for Disease Control National Institute for Occupational Safety
Al igual que el HAL cuenta con sensores, estoas mandan and Health, March 1992.
señales al procesador que esta ubicado en la espalda. Gracias a [6] Monroy C. Diego, “Diseño e implementación de un exoesqueleto para
este exoesqueleto las personas que usan silla de ruedas pueden asistencia mecánica en el movimiento de flexión y extensión del codo
”, Engineer thesis, Universidad Nueva Granada, Colombia 2008.
volver a caminar.[15] [7] ROSEN J., BRAND M., FUCHS M., and ARCAN M., A Myosignal-
Desarrollado por la empresa israelita ARGO Medical Tech- Based Powered Exoskeleton System, IEEE Transactions on System Man
nologies. Podemos ver el exoesqueleto en la figura 3. and Cybernetics - Part A: Systems and Humans, Vol. 31, No. 3, pp. 210
- 222, May 2001.
[8] CHEEIN F. A., CARELLI R., FERREIRA A., WANDERLY C.C., y
V-D. Rex. otros, Desarrollo de Interfaces para Personas con Discapacidad Basadas
en Señales EMG Y EEG, Universidad Nacional de San Juan, Instituto
Exoesqueleto desarrollado en Nueva Zelanda, por la em- de Automática, San Juan, Argentina, Universidade Federal do Espírito
presa Rex Bionics. Este exoesqueleto usa baterias y tiene una Santo, Departamento de Engenharia Elétrica, Vitória, Brasil.
dependencia de 2 horas sin interrupción. Es operado a través de [9] GONZALES R, Rehabilitación Médica. España: Masson, 1997, ISBN
8445804839 pp. 63-68.
un joystick. Tiene una limitación ya que solo puede ser usado [10] KIGUCHI K., TANAKA T., and FUKUDA T., Neuro-Fuzzy Control of
en superficies estables y firmes, no en de texturas accidentadas a Robotic Exoskeleton With EMG Signals, IEEE Transactions on Fuzzy
por ejemplo en nieve o terrenos pedregosos. Al igual que Rex Systems, Vol. 12, No. 4, August 2004.
[11] ROSEN J., BRAND M., FUCHS M., and ARCAN M., A Myosignal-
fue diseñado para personas co parálisis en la piernas.[16] Based Powered Exoskeleton System, IEEE Transactions on
System Man and Cybernetics - Part A: Systems and Humans,
Vol. 31, No. 3, pp. 210 - 222, May 2001. [Online]. Available: <
http://brl.ee.washington.edu/Research_Active/Exoskeleton/Project_02/Project_02.h
tml >
[12] B. Antonio, “Fundamentos de Robótica”, España: Editorial McGraw-
Hill, 1997.
[13] Sira, “El robot traje HAL se comercializa en Japón”, 2009. [On-
line]. Available: http://www.tecnologiablog.com/post/406/el-robot-traje-
hal-ya-se- comercializa
[14] “Robot Lokomat”, 2008. [Online]. Available:
http://www.roboticspot.com/robots.php?id=58.
[15] Isla Cristina, “ReWalk, la robótica que permi-
te andar a paralíticos”, 2008. [Online]. Available:
http://www.islacristinadigital.com/?id=0501001&n=135.
[16] A. Serna. “Rex, un exoesqueleto que le dice adiós a las sillas de ruedas”,
2010. [Online]. Available: http://www.fayerwayer.com/2010/07/rex-un-
exoesqueleto-que-le-dice-adios-a-las-sillas-de-ruedas/all-comments/.
Figura 6. Exoesqueleto Rex

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Christian Abel Espejo Quezada , nacio en Cuenca-
Ecuador, en 1990. Recibio el título de bachiller en
Instalaciones Equipos y Maquinas Electricas en el
colegio Tecnico Salesiano en el 2008. Actualmente
sus estudios superiores los realiza en la Universidad
Politécnica Salesiana en la especialidad de Ingenie-
ría Eléctrica..