Fabricando a IRONMAN: La caída del HULC, apogeo del TALOS y el surgimiento de la WARRIOR WEB
Por Warren Cornwall
Un soldado solitario se encuentra en un callejón oscuro, mirando a una puerta. A pesar de que está cubierto con una armadura voluminosa, se lanza hacia delante y explota, y se ve envuelto en una andanada de disparos. En lugar de retirarse, el soldado se yergue cuando las balas le golpean inofensivamente.
Este no es un trailer de la última película de superhéroes. Es una animación producida por los militares de los EE. UU., Diseñada para mostrar su visión de un exoesqueleto robótico y robusto que espera desplegar con comandos de élite. Conocido como el traje táctico de asalto táctico, o TALOS, es el foco de un proyecto de investigación multimillonario catalizado por la muerte de un comando durante un rescate de rehenes en Afganistán. El nombre de TALOS rinde homenaje a un gigante de metal de la mitología griega que custodiaba la isla de Creta, sin esfuerzo dando vueltas tres veces al día. Más casualmente, se llama el traje de Iron Man.
El TALOS es solo una parte de un esfuerzo de investigación global mucho más grande para desarrollar exoesqueletos que doten a las personas de fuerza y resistencia sobrehumanas. Pero imaginar Iron Man en cómics y películas ha resultado más fácil que construirlo. El esfuerzo está plagado de fallas. Un predecesor de TALOS, llamado Human Universal Load Carrier (HULC), se archivó después de que resultó poco práctico, agotando a los usuarios en lugar de sobrealimentarlos. Y algunos científicos son escépticos de que el TALOS y los diseños de exoesqueletos pesados y rígidos similares funcionarán en el corto plazo, diciendo que a menudo no abordan los problemas fisiológicos fundamentales.
Mejorar la falta de esfuerzo de la zancada humana, poco más que una inclinación hacia adelante y un golpe de ternero, resulta ser un desafío de ingeniería desalentador. Construir una máquina para ayudar a alguien con una discapacidad es una cosa, pero "es muy difícil desde el punto de vista del diseño aumentar la marcha y carrera humana, porque somos muy buenos en eso", dice Hugh Herr, ingeniero del Instituto de Massachusetts de Massachusetts. Tecnología (MIT) en Cambridge. Los exoesqueletos desarrollados hasta ahora, dice, son demasiado voluminosos y tienden a luchar contra los ritmos naturales del cuerpo, lo que los convierte en "máquinas de ejercicios sofisticadas".
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Como resultado, algunos investigadores están bajando la vista. Están adoptando un enfoque más suave y más pequeño, construyendo trajes que se asemejan a medias de running enganchadas a cables motorizados, o una modesta tobillera. En los últimos años, finalmente han logrado un objetivo buscado desde hace mucho tiempo: la creación de un exoesqueleto que en realidad ahorra energía al usuario mientras camina en una cinta de correr nivelada.
Ese logro está muy lejos de un supersoldado rompiendo una puerta, pero está aumentando las esperanzas de que la maquinaria y los microprocesadores puedan realmente aumentar a un ser humano saludable. "Creo que estamos en la etapa en la que los hermanos Wright pueden levantar el avión un poco, pero no dura mucho", dice Dan Ferris, un destacado científico del exoesqueleto de la Universidad de Michigan (UM). Ann Arbor.
En 2000, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), una agencia del Pentágono mejor conocida por ayudar a inventar Internet, aviones furtivos que evadían los radares y drones sin piloto, comenzó a financiar investigaciones sobre exoesqueletos que podrían mejorar el rendimiento de combate. Los resultados incluyeron una variedad de apoyos de pierna de metal con bisagras de alta tecnología. Un diseño de un laboratorio de la Universidad de California (UC), Berkeley, se convirtió en el HULC.
Para el año 2011, el contratista de defensa Lockheed Martin, que tenía licencia para usar el sistema UC Berkeley, estaba listo para probar un HULC actualizado, que presentaba frenos reducidos y articulaciones motorizadas, en Natick Soldier Research, Development y Centro de Ingeniería en Massachusetts.
El HULC "permitirá a los soldados hacer cosas que no pueden hacer hoy, a la vez que las protegerá de las lesiones musculoesqueléticas", declaró el gerente de proyectos de Lockheed, Jim Ni, en un comunicado de prensa. El HULC permitiría a los soldados transportar 90 kilogramos hasta 20 kilómetros con una sola carga de la batería, afirmó la compañía.
La celebración fue efímera. Cuando los soldados se pusieron el traje de 40 kilogramos y caminaron en una cinta rodante, las pruebas mostraron que quemaron más energía que caminando sin ayuda. En un ensayo que involucró a ocho usuarios de HULC, sus frecuencias cardíacas aumentaron un 26% en promedio, mientras que su consumo de oxígeno aumentó un 39%, en comparación con cuando no usaron la máquina.
Un gran problema fue que la HULC obligó a los usuarios a caminar de una manera desconocida, dice Karen Gregorczyk, ingeniera biomecánica del centro Natick del ejército que dirigió las pruebas. Esa dificultad se vio agravada por la falta de coordinación entre el ser humano y la máquina. "Está tratando de patear tu pierna hacia adelante y no estás listo para patear tu pierna hacia adelante", dice Gregorczyk, quien demoró media hora en probar el traje. "Fue extenuante".
LA CAÍDA DE HULC no ha impedido que los militares intenten volver a crecer. Ahora, la atención se centra en los TALOS, una creación del ex almirante de la Marina Bill McRaven, que hasta el año pasado dirigió el Comando de Operaciones Especiales del Pentágono (SOCOM). Después de que un comando de SEAL murió, le dispararon al entrar a una habitación durante un rescate de rehenes, McRaven dice que alguien le preguntó por qué los militares todavía no tenían una buena manera de proteger a los soldados en esas situaciones. "Él dijo: '¿Dónde está nuestro traje de Iron Man?'", Recuerda McRaven, ahora el rector del sistema de la Universidad de Texas. "No tuve una buena respuesta para él". A principios de 2013, el comando de McRaven lanzó un programa de investigación de 5 años.
Desde el principio, TALOS tuvo un toque de Hollywood, y no solo en el video promocional. Entre los contratistas del proyecto se encontraba Legacy Effects, una compañía de California que construyó los trajes para las películas de Iron Man. "La ciencia ficción puede impulsar la ciencia", dice McRaven. "Es posible que nunca obtengamos algo que se parezca a Iron Man, pero eso es lo que estamos buscando".
Hasta ahora, hay pocos detalles públicos sobre el diseño de TALOS. En respuestas escritas a preguntas de Science, el teniente comandante Matt Allen, un portavoz de SOCOM, pintó una imagen de un exoesqueleto de cuerpo completo capaz de llevar armadura corporal pesada, así como antenas y computadoras para proporcionar información del campo de batalla, y sensores para rastrear el soldado condición física. Las fotos y videos promocionales de prototipos muestran dispositivos que se parecen mucho al HULC, con marcos rígidos y con bisagras que corren por las piernas.
Pero Russ Angold, un ingeniero y cofundador de la empresa Ekso Bionics de Richmond, California, dice que los diseñadores de TALOS han aprendido de las deficiencias de diseños anteriores. La compañía fue creada para comercializar el exoesqueleto de UC Berkeley e inventó el primer HULC. Ahora tiene contratos para construir prototipos para TALOS. "Creo que todos los problemas se pueden resolver", dice. "Es solo cuestión de tiempo."
Los investigadores están investigando "exhaustivamente" las compensaciones entre el peso, la movilidad y la resistencia, escribió Allen. Aunque los informes de los medios han puesto el presupuesto del proyecto en $ 80 millones, Allen escribió "no sabemos cuánto costará TALOS".
Cuando el exoesqueleto podría aparecer tampoco es claro. Un calendario que exige producir un prototipo completamente funcional para 2018 "está en camino en este momento", dijo el general del ejército Joseph Votel, actual líder de SOCOM, en una conferencia en enero pasado. Pero señaló que "quedan muchos desafíos importantes".
Ferris de UM cree que los avances técnicos necesarios para adelgazar, aumentar el rendimiento de la batería y hacer que la máquina se mueva en perfecta sincronía con una persona todavía están lejos. "La realidad es que no entienden la ingeniería y la ciencia", dice de SOCOM. "No entienden el salto que debemos hacer". Y estima que los patrocinadores de TALOS "necesitarán un presupuesto de $ 500 millones para que esto suceda". Estas preocupaciones hicieron que el senador retirado Tom Coburn (R-OK) se retirara para incluir el TALOS en la edición de 2014 de su Wastebook anual de proyectos que consideró boondoggles del gobierno.
Los científicos del laboratorio de investigación Natick Army también han expresado su preocupación. Los militares todavía carecen de una comprensión de la biomecánica básica necesaria para un exitoso exoesqueleto de la pierna, Gregorczyk y varios otros concluyeron en una propuesta de investigación reciente. El resultado ha sido un enfoque de "mejor suposición" que ha producido varios "dispositivos que funcionan mal", incluido el HULC. Piden más estudios fundamentales para comprender cómo interactúan un exoesqueleto y una pierna humana. "Creo que Iron Man es demasiado grande", dice Gregorczyk. "Creo que debemos comenzar de a poco y ver cómo funciona primero".
Herr, cuyo laboratorio MIT ha construido un pequeño exoesqueleto de tobillo motorizado que abrió un camino nuevo demostrando que realmente podría mejorar el rendimiento al caminar, lamenta la preocupación de los militares por diseños grandes y voluminosos. "He estado tratando apasionadamente de convencer al [Departamento de Defensa] para que simplemente deje de obsesionarse con ese tipo de arquitectura", dice.
UNA ALTERNATIVA MÁS PROMETEDORA, dicen algunos defensores del exoesqueleto, se puede encontrar en un laboratorio de Cambridge, Massachusetts, que parece un cruce entre una tienda de robótica y un estudio de diseño de moda. Además de una cinta de correr y los motores y el cableado habituales, el espacio del ingeniero Conor Walsh en la Universidad de Harvard presenta cuatro máquinas de coser, compartimientos llenos de tela y un estante con ruedas colgado con ropa negra.
La ropa es emblemática de un enfoque diferente al diseño del exoesqueleto. Nacido de un nuevo programa de DARPA llamado Warrior Web, es la antítesis de TALOS. En lugar de construir una robusta máquina de metal que soporta el peso de una carga y que puede obstaculizar el movimiento normal, Walsh y su equipo usan tela, cables flexibles y motores pequeños para inyectar una inyección extra de energía en cada zancada. mientras permite que una persona se mueva libremente. Estos "exosuits suaves" pesan solo 9 kilogramos y consumen solo 140 vatios de electricidad, un poco más que una computadora de escritorio. En teoría, los trajes podrían significar que los soldados llegan al final de una larga patrulla menos cansada y propensa a lesiones.
Para demostrar cómo funciona realmente, el equipo de Walsh permitió que un periodista probara el sistema. Equiparse es como ser un modelo preparándose para ir a la pista. Me pongo un par de mallas negras; entonces Diana Wagner, quien está a cargo del lado de la tela del proyecto, me entrelaza con el resto del atuendo. Las correas se ajustan con corsé alrededor de mi cintura, caderas, muslos y pantorrillas. Todo tiene que ser ajustado y ajustado para que cuando los motores comiencen a jalar, nada salte fuera de lugar. Los sensores metidos en los cordones de las botas y los muslos controlarán los movimientos de mis piernas, diciéndole a la máquina cuándo entrar en acción.
Después de 45 minutos de ajuste, estoy listo para subirme a la cinta. Dos ingenieros bajan una mochila adornada con cajas y cables colgantes sobre mis hombros. Enganchan los cables en conectores en mi cintura y piernas, y en espuelas de fibra de carbono que sobresalen de los talones de mis botas militares. Planeo medio para que la máquina pueda ajustar los cables correctamente. Luego, Ignacio Galiana, uno de los ingenieros, pone en marcha la cinta de correr. Estoy caminando a un ritmo de aproximadamente 5 kilómetros por hora.
Mi primer paso se encuentra con un tirón sorprendentemente abrupto en mi talón. Se suelta y casi de inmediato mi otra pierna se tira hacia arriba y hacia atrás. Mantengo el equilibrio y me pongo a caminar rápidamente, los diminutos motores y engranajes eléctricos mantienen el tiempo con un frenético zumbido. Recuperan y sueltan los cables a cada paso, sincronizados a mi ritmo por los microprocesadores y los sensores de movimiento. Incluso después de unos minutos, cada tirón es ligeramente discordante, un poco como ser una marioneta con cuatro cables controlando mis piernas. ¿Estoy caminando en el traje, o me está caminando?
"Estamos haciendo un porcentaje significativo de lo que su cuerpo necesita", explica Galiana. "Se necesita un poco para acostumbrarse a estas fuerzas adicionales y estar completamente relajado".
Después de 12 minutos en la cinta, apaga el exoesqueleto mientras sigo caminando. Algo inesperado sucede. De repente, siento que las piernas se vuelven más lentas y las botas más pesadas. Hay menos energía en mi paso.
"Eso es lo que escuchamos a menudo", dice Galiana con una sonrisa. "Las personas sienten que caminan en el barro".
El beneficio del traje, dice Walsh, se ve confirmado por los números. En una prueba reciente, siete personas que caminaban con los trajes y llevaban cargas equivalentes al 30% de su peso corporal, fueron en promedio un 7% más eficientes que sin los trajes.
Antes de salir en un traje exosuit suave y con un engranaje de 40 kilogramos, Cacciatore pasa 5 minutos en un laboratorio caminando y saltando en una cinta que mide la fuerza de cada paso. Una mascarilla ayuda a los investigadores a medir la cantidad de oxígeno que está usando. En otro día, hará lo mismo, menos el exosuit, para comparar los resultados.
Luego, Cacciatore marcha a una velocidad vertiginosa por un sendero embarrado con una camiseta color canela y los leotardos negros, los ruidosos engranajes del exosuit que le dan un aire claramente robótico. A medida que avanza, dos ingenieros que siguen, con sus computadoras portátiles colgando del cuello, miran un collage de gráficos que trazan el funcionamiento de la maquinaria.
Cuando Cacciatore llega a un árbol derribado, él puede subir y bajar fácilmente. Los cables se aflojan porque los sensores de movimiento detectan algo que no sea caminar regularmente.
Los observadores están impresionados. "Tengo que decirte, es genial", dice Michael LaFiandra, un experto en biomecánica y jefe de la Desmounted Warrior Branch en el Army Research Laboratory en Aberdeen. "El aumento físico fue una especie de sueño. Y ahora parece que podría ser una realidad ". (Vea a continuación un video promocional que muestra otra visión de un futuro exoesqueleto).
Aún así, hay problemas. Es un prototipo, después de todo, no está construido para resistir los rigores del campo de batalla. Dos veces durante la caminata, algo funciona mal o se rompe. Al igual que un equipo de mecánicos en Indianápolis 500, los ingenieros pululan sobre el soldado, reparando rápidamente.
Más tarde, Walsh no detallará el resultado general de las pruebas. "Puedo decir que fue positivo", admite. Los problemas mecánicos de esa mañana fueron los únicos en 2 semanas de prueba, dice.
Aún así, Walsh advierte contra las expectativas poco realistas, marcando una serie de desafíos. El exosuit suave está programado para caminar, por ejemplo, pero no se está ejecutando. Se ha comprobado que es difícil diseñar un sistema que se active en el momento adecuado cuando alguien está viajando por un terreno irregular. A algunas personas les resulta más fácil adaptarse al traje que otras, lo que sugiere que cualquier beneficio puede variar de un usuario a otro. Y cualquier versión final tendría que integrarse con muchas otras partes de un equipo militar.
El Gregorczyk del ejército ofrece otra lista aleccionadora de preguntas que cualquier traje de Iron Man del mundo real, suave o duro, tendrá que enfrentar. ¿Podría el uso de un exoesqueleto causar su propio conjunto de lesiones? ¿El beneficio del rendimiento superará el costo? "Digamos que un dispositivo reduce el costo metabólico de un soldado que lleva una carga en un 5%", dice ella. "¿Eso se traduce en un beneficio operacional? ¿Significa algo? "
Fuente: http://www.sciencemag.org/news/2015...ld-iron-man-suit-gives-soldiers-robotic-boost