Este documento presenta una revisión de exoesqueletos y sus aplicaciones, prestando atención a la electrónica y medicina. Describe la marcha humana normal y patológica, y explica los primeros exoesqueletos desarrollados para aumentar la fuerza humana. También cubre órtesis activas individuales para tobillos, rodillas y más, diseñadas en universidades como MIT, Michigan y Arizona para ayudar a la rehabilitación. Los desafíos continúan en mejorar el rendimiento y la portabilidad de los exoesquelet

1. Exoesqueletos “Capacidades Humanas”
Marcelo Merchán Serrano
Ingeniera Eléctrica, Universidad Politécnica Salesiana
Cuenca, Ecuador
mmerchans@est.ups.edu.ec
Abstract—El paper presenta una revisión sobre comienza y termina el momento en el que uno de los
exoesqueleto y sus aplicaciones, prestando una especial pies entren en contacto con el suelo, y comienza la
atención al área de la electrónica y fase de apoyo.
medicina.Dependiendo de las estructuras relacionadas a Durante la marcha a velocidad normal, hay un corto
las diferentes partes del cuerpo a lo que se destina el período del soporte simultáneo de ambas piernas.
exoesqueleto [2]. Como en cuestión de hecho, la duración Conforme aumenta la velocidad de un ciclo se alcanza
del ciclo de marcha de cada paciente debe ser diferente cuando no hay un apoyo bipodal. La marcha puede
cuyos parámetros estén sintonizados mediante la ser caracterizado por un conjunto de parámetros:
optimización de una función que tenga en cuenta la longitud de la zancada, la longitud del paso, ritmo y
potencia muscular de los pacientes y el error de la rodilla velocidad. [1], [3]
con el ángulo de valor de referencia para lo cual se debe b) Aumento de rendimiento en los
de tener un enfoque fisiológico de la optimización estática exoesqueletos
para el diseño de las órtesis activa y su control
En esta sección, se describe la investigación llevada a
Índex Terms— Exoesqueleto, Órtesis, Extremidades cabo en el desarrollo de exoesqueletos pensando
Inferiores, Rehabilitación. principalmente para permitir que los individuos por
demás sanos sirvan para llevar a cabo tareas difíciles
I. INTRODUCCIÓN con mas facilidad para realizar tareas que en otro
Existen numerosas causas que pueden afectar al modo serian imposibles usando puramente la fuerza o
funcionamiento del sistema locomotor humano. La habilidad humana.[4],[5]
importancia de la investigación y desarrollo en
tecnologías de asistencia para compensar la marcha c) Los primeros exoesqueletos
patológica han sido reconocidos desde principios del
La mayor parte del trabajo inicial realizado en el
siglo XX, en la secciónel exoesqueleto de miembros
desarrollo de exoesqueletos de rendimiento fueron
inferiores, se presenta concebido como una
aumentando estudios de concepto. Los prototipos de
compensación y un sistema de evaluación de la
algunos de estos conceptos iniciales fueron
marcha patológica, para su aplicación en condiciones
construidos y probados en un mal desempeño, la
reales. Los desafíos tecnológicos principales se
primera mención es un dispositivo que consistía en
discuten con respecto a la detección, accionamiento y
largos arcos y ballestas operativos en paralelo a las
subsistemas de control. Se hace especial hincapié en
piernas y tenia la intención de aumentar su
los avances en robótica órtesis de extremidad inferior.
funcionamiento, a finales de los 60 [6], se desarrollo
[1]
una enorme maquina accionada hidráulicamente
II. DESARROLLO DE CONTENIDOS incluyendo componentes para amplificar la fuerza de
los brazos, la intención del proyecto era aumentar
a) Marcha humana normal y patológica
drásticamente la capacidad de fuerza del usuario[7].
En cuanto a la marcha debido a la discapacidad
neurológica, ortopédica o condiciones traumáticas, Los aspectos más difíciles del exoesqueleto en diseño
hay distintos enfoques robóticos, y es una como una fuente de alimentación, humano y una
clasificación de los exoesqueletos que los miembros
inferiores en robótica que han presentando en robots maquina de interfaz, así como convencer a la
de rehabilitación, sistemas de evaluación y comunidad científica de que la creación de
seguimiento, y la recuperación funcional de sistemas dispositivos eficaces exoesqueletos es
portátiles El proceso cíclico de eventos durante la extremadamente difícil.[8]
marcha se conoce como el ciclo de la marcha, y que

2. que asistido en la flexión, extensión del tobillo.
También se incluyo un diseño especial de unión que
permitía la libre circulación del tobillo. La órtesis se
controlaba basándose en la información de
interruptores en las plantas del pie o suelas.
a) MIT Órtesis tobillo-pie
En Biomecatronica del grupo MIT preparo un AFO de
potencia para ayudar a andar al pie caído, un déficit
Figura1.- Yang Funcionamiento [4], Hardiman de General Electric
que afecta a muchas personas que han sufrido un
[9], BLEEX exoesqueleto [10] derrame cerebral, o han sufrido esclerosis múltiple o
parálisiscerebral entre otros Fig. 3 [12]. El dispositivo
d) Exoesqueletos inferiores de extremidades consta de un AFO pasiva modificada con la acción de
completas una EAE para permitir la variación de la impedancia
dirección de flexión, extensión del movimiento del
El trabajo comenzó con un dispositivo pasivo para la
tobillo, controlado en base a datos de ángulo y de
medición de la cinemática de marcha y a
posición. El uso de la SEA, dispositivo que varia la
continuación, progreso rápidamente al desarrollo de
impedancia del tobillo en flexión durante la postura y
los exoesqueletos de potencia. Mas tarde fue
ayuda con la flexión dorsal durante la fase de
modificada el “exoesqueleto completa” extiende el
oscilación al caminar. En los ensayos clínicos, el MIT
accesorio en el torso para encerrar todo el pecho del
activo AFO ha demostrado mejorar la marcha de los
paciente, proporcionando un mayor apoyo del tronco
pacientes con pie caído al aumentar la velocidad al
este dispositivo esta interconectado con el usuario a
caminar, la reducción de los casos de “pie caído”, una
través de enlaces con los zapatos y con puños
mejor simetría con la pierna sana, y la prestación de
alrededor de las pantorrillas y los muslos. Sin
asistencia durante la flexión motorizada plantar. El
embargo, un conjunto de tres sensores de fuerza
dispositivo es relativamente compacto y de bajo
piezo-ceramicos se incorporaron en la planta del pie
consumo por lo que se están centrando en el
para su uso en la determinación de la localización y
desarrollo de un sistema energéticamente autónomo y
magnitud de la fuerza de reacción del suelo que, a su
una versión de dispositivo portátil.
vez, se utiliza en el control del dispositivo. Este
esquema ofrece mejoras tales como un movimiento
más suave y una mejor capacidad de seguimiento.
[11]
Figura 3. Clasificación de las órtesis de extremidad inferior
III. ÓRTESIS ACTIVAS Figura 3. MIT AFO activo [13], Órtesis de tobillo Michigan [14] y
la rodilla de la Universidad del Noroeste [15]. Créditos de las
Órtesis individual activa de las articulaciones imágenes Prof. HughHerr, Laboratorio de Biomecatronica
1) Órtesis Activo tobillo-pie (AFO):
El dispositivo consistía de un motor de corriente
continua montado delante de la espinilla del usuario

3. e) ÓRTESIS DE LA UNIVERSIDAD DE MICHIGAN las tareas de que otro modo no son posibles realizar
por el usuario al cual nos reducen fatiga o tiempo
El laboratorio neuromecanica humana ah producido [19], incluyendo la reducción de la fuerza a cargo del
una serie de órtesis activas, centrándose especialmente sistema musculo-esquelético.
en dispositivos de rehabilitación para ser utilizados
durante el tratamiento [16], [14]. Por consiguiente, En lugar de reducir los logros realizados nos lleva a la
estos dispositivos no están diseñados para ser falta de resultados cuantitativos con exoesqueletos
totalmente portátil, y en su mayoría de accionamiento que destacan las numerosos desafíos asociados con
neumático con correa de sujeción. Los actuadores crearlos por lo que se generan muchos desafíos como
neumáticos usados son músculos artificiales desalinea miento de las articulaciones entre operador
neumáticos (músculosMckibbon) que están montados y hardware, restricciones cinemáticas, soporte de
en fibra de carbono y conchas de polipropileno, lo carga al andar. [20]
resultante es que son dispositivos extremadamente
ligeros además de exhibir alta potencia a sus salidas. El campo de la Biomedicina ha madurado en las
Las órtesis de la universidad de Michigan están últimas décadas, proporcionando diseños, ciencia
diseñadas principalmente para la pierna, con ambos necesaria para dispositivos que imitan la dinámica del
movimiento del humano.
dispositivos de tobillo y pie y la rodilla-tobillo-pie, lo
que elimina la necesidad de que los mecanismos la Como un trabajo a futuro la labor se centra en las
necesidad de los mecanismos de ajustes sean habilidades tales como alimentación, actuadores más
mecánicamente complejos. [14] ligeros y eficientes por la gran parte de que los
a) ÓRTESISTOBILLO PIE exoesqueletos están siendo impulsados por la
comunidad de investigación y aplicaciones que llevan
En la Universidad Estatal de Arizona, los a la evolución.
investigadores presentaron un nuevo diseño de un
AFO activo con dos “resortes sobre el musculo”
actuadores conectados a la izquierda y lado derecho
del pie debajo de los dedos formando un trípode con
el talón [17]. Estos actuadores son sencillamente AGRADECIMIENTOS
músculos neumáticos con un resorte interno que tiene El Autor dese agradecer a Paúl Fernando Lucero G, y
a extender el musculo, lo que le permite fuerza que a los miembros de la organización IEEE por sus
debe aplicarse tanto en dirección plantar y la
flexióndorsal. conocimientos y debates sobre el tema.
La configuración del trípode permite que el tobillo sea
accionado en flexión/ extensión (caoactivacion) y la
inversión (activación único). Además, el grupo
también ha explorado el uso de EAE a las REFERENCIAS
articulaciones de órtesis de poder. [18]
[1] J.L. Pons, J.C. Moreno, F.J. Brunetti, E. Rocon.
BioengineeringGroup, Instituto de Automática Industrial - CSIC
Spain
IV. CONCLUSIONES
Los retos asociados con la construcción funcional del [2] M. A. Chávez, F. R. Spitia, A. B. López, Exoesqueletos para
exoesqueleto ortopédico siguen reapareciendo con potenciar las capacidades humanas y apoyar la rehabilitación,
todo tipo de implementosmás actuales pero de los Colombia 2010.
cuales han tenido muchos problemas en las
investigaciones en esta zona que han tenido que [3] Baten, C., de Vries, W., Moreno, J. &Freriks, B (2004). Use of
enfrentar. Se ha hecho evidente en particular a inertialsensing in anintelligentorthosis. - A feasibilitystudy,
aquellas etapas mas avanzadas de desarrollo del EsmacConference, Warswaw, 2004.
exoesqueleto que para muchos no cumplen con los
[4] N. Yagn, ―Apparatusforfacilitatingwalking, running, and
criterios necesarios para llevar a cabo su diseño.
jumping,‖U.S. Patents 420 179 and 438 830, 1890.
Aunque estas cuestiones se sigan teniendo en cuenta
se ah logrado un gran avance en las áreas relacionadas [5] S. J. Zaroodny ―Bumpusher—A poweredaidtolocomotion,‖
con las órtesis. U.S. ArmyBallistic Res. Lab., Aberdeen ProvingGround, MD,
Hasta este punto existe una marcada falta de Tech. Note 1524,1963.
rendimiento en resultados para los dispositivos
teniendo en cuenta cuales son las ventajas reales de [6] R. A. Heinlein, StarshipTroopers. New York: Putnam, 1959.
estos costosos sistemas, sin embrago los
exoesqueletos nos han sido destinados para facilitar

4. [7] R. S. Mosher, ―HandymantoHardiman,‖ Soc. Autom. Eng. Int.
Marcelo Eduardo Merchán Serrano.- Nació
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