Tecnología

Exoesqueletos: ¿el futuro de manipulación de materiales

Por Robin Meczes

Abril 2015

Exoskeletons: the future for materials handling equipment

Lockheed Martin's unpowered FORTIS exoskeleton takes the weight of a load like a heavy hand tool off operators and is currently under test with the US Navy.

¿El cuerpo perfecto?

Parece que los exoesqueletos (estructuras externas que dan al cuerpo mayores habilidades) están desarrollándose muy rápidamente. ¿Podría ser esta tecnología el siguiente paso de gigante en el sector de la manipulación de mercancía?

Robin Meczes lo investiga.

Suena a ciencia ficción: un marco externo que imita nuestro esqueleto y aumenta nuestra fuerza, capacidad de movimiento y resistencia, mientras nos permite movernos con normalidad. Y ciertamente este tipo de tecnología ha aparecido con asiduidad en el mundo de las películas de ciencia ficción en los últimos años; desde el “power loader” que utilizara Sigourney Weaver como Ellen Ripley en Alien, hasta el traje tipo robot que protegía a Robert Downey Jr. en la saga Iron Man.

Pero esta tecnología ya no es sólo fantasía de ciencia ficción.

Ya han sido desarrollados algunos exoesqueletos, la mayoría consisten en un bastidor metálico o de material compuesto alimentado por baterías y controlado electrónicamente el cual “lee” los movimientos que una persona intenta realizar y controla el bastidor para ofrecer asistencia mecánica.

Hasta ahora, los principales mercados objetivo de esta tecnología habían sido el militar y el médico. En el sector militar, la tecnologíaa podría ayudar a las tropas a transportar mayores pesos durante más tiempo y reducir sus niveles de fatiga; en términos médicos, mientras tanto, estos estas máquinas ya se están utilizando para ayudar a pacientes lesionados o discapacitados a aprender a moverse otra vez.

Es un área emocionante que tiene el potencial de, con el tiempo, introducirse en el uso cotidiano. Por lo tanto, ¿es probable que los exoesqueletos se conviertan en la opción de uso en el sector industrial de la manipulación de mercancías en el futuro próximo?

Ekso Bionics' GT battery powered exoskeleton

El exoesqueleto FORTIS de Lockheed Martin, sin motor ni fuente de energía, soporta pesadas herramientas manuales por el operario, y está siendo probado en la actualidad por la marina estadounidense.

Tender la mano

Un área en la que esta tecnología podría ofrecer un cambio sustancial es en la manipulación de cargas relativamente pequeñas, una actividad que ha sido la causa de lesiones menores y no tan menores a lo largo de los años y donde intentar reducir o incluso eliminar el esfuerzo físico supondría un gran paso adelante, ayudaría a los trabajadores a evitar lesionas y potencialmente los haría más productivos.

Ahora, exoesqueletos ligeros de este tipo ya existen, como el que presentó recientemente con éxito Lockheed Martin: Fortis, un exoesqueleto sin batería diseñado para sustraer el peso de una carga como la de herramientas pesadas de los operarios mientras trabajan. La marca sugiere que su tecnología, que recientemente ha ganado varios premios de diseño y actualmente está a prueba en la marina de los Estados Unidos, puede aumentar la productividad de dos a 27 veces.

“Los exoesqueletos están cambiando la forma en que vemos la forma de llevar a cabo ciertos trabajos”, nos comenta Keith Maxwell, jefe de tecnologías de captura del exoesqueleto cuando se lanzó Fortis. “Al introducir los exoesqueletos en el entorno industrial, estamos abriendo los márgenes de los sectores en que se puede utilizar y cómo pueden permitir que los trabajadores sean más productivos con menor fatiga y esfuerzo”

Cargas mayores

Lo que no está tan claro a estas alturas es si los exoesqueletos podrán en algún momento asumir la tarea de mover cargas mayores, como un palé de una tonelada. La mayoría de los sistemas que se están desarrollando en estos momentos ofrecen una capacidad de carga relativamente restringida, y dado que la mayoría han sido diseñados para ser ligeros y portátiles, es debatible cuándo y hasta dónde pueden aumentar de manera realista su capacidad de carga.

La firma americana Ekso Bionics, cuya tecnología se usa en el Fortis de Lockheed Martin y cuyo exoesqueleto Ekso GT con batería, diseñado para ayudar a caminar a la gente de nuevo y que ha estado a la venta durante tres años, sugiere que la capacidad de carga de estos sistemas aumentará pronto, sin embargo no nos dice hasta dónde.

“Actualmente, sostenemos el peso de una persona hasta las 220 libras (alrededor de 100kg) con nuestro exoesqueleto médico al transferir el peso al suelo. Aplicando el mismo principio, uno puede ver cómo se mueve una carga significativa en el futuro próximo”.

Heidi Darling, la representante de la compañía, dijo para eureka: “Actualmente, sostenemos el peso de una persona hasta las 220 libras (alrededor de 100kg) con nuestro exoesqueleto médico al transferir el peso al suelo. Aplicando el mismo principio, uno puede ver cómo se mueve una carga significante en el futuro próximo”.

La firma también cree que su tecnología es aplicable a una amplia variedad de usos no médicos, incluidos los industriales, confirmó Darling. La tecnología actual, nos dijo, es “sólo el principio de una miríada de usos posibles que requieren tanto la fuerza como la habilidad”.

Gran parte dependerá de la funcionalidad de cualquier fuente de energía que utilicen dichos exoesqueletos, por supuesto, y aquí de nuevo el futuro es prometedor, sugirió Darling. “Estamos a punto de reducir sustancialmente el tamaño de las baterías mientras se ofrece gran cantidad de energía, así como en mitad del desarrollo de otras fuentes de energía funcionales como la solar o las células de hidrógeno”, señaló Heidi Darling.

The advanced ergonomic design of FORTIS moves naturally with the body

El avanzado diseño ergonómico de FORTIS se mueve de forma natural con el cuerpo y se adapta a distintas complexiones y alturas.

¿El fin de la carretilla elevadora?

Incluso si los exoesqueletos finalmente ofrecieran una mayor capacidad de elevar pesos y suficiente energía como para cumplir con los modelos de organización del trabajo industriales, la gran pregunta para los jefes de logística es si ofrecerán algún beneficio adicional a los que ya incorpora la maquinaria de manipulación de mercancías existente.

Esto es un asunto clave porque mientras las carretillas con conductor de hoy en día obviamente dependen de las ruedas y no de piernas mecánicas, por otra parte son bastante similares a los exoesqueletos, al estar diseñadas para acoplarse cómodamente al operario mientras se aumenta sustancialmente su fuerza y abanico de movimientos.

Al permitir a un solo operario humano levantar cargas de una a dieciséis toneladas —algunas de estas a alturas de hasta 11 metros— las carretillas elevadoras de hoy en día ofrecen desempeños increíbles que superan con mucho las capacidades de incluso los conceptos de exoesqueleto más ambiciosos de hoy en día.

“ Las carretillas elevadoras de hoy en día ofrecen desempeños increíbles que superan con mucho las capacidades de incluso los conceptos de exoesqueleto más ambiciosos de hoy en día”.

Diseñadas pensando en el operario humano, también ofrecen niveles de comodidad y control que son difíciles de superar, con interiores y mandos diseñados ergonómicamente que ofrecen comodidad al operario y le permiten trabajar durante periodos de varias horas cada vez.

Como muchos exoesqueletos, las carretillas elevadoras de hoy en día incluyen mandos electrónicos sofisticados con una gran variedad de fuentes de energía probadas, la versatilidad de numerosos accesorios de manipulación de fácil ajuste y la habilidad para trabajar en algunos de los entornos más duros (que incluyen suciedad, polvo, humedad, frío o calor), no es de extrañar que estas bestias de carga fiables hayan estado en el centro de las operaciones de manipulación de mercancía durante décadas.

Mientras, sin duda alguna, los exoesqueletos tienen una excitante función que cumplir en el futuro, no están —al menos de momento— cerca de igualar el comportamiento, disponibilidad y asequibilidad que tenemos ahora mismo con las carretillas elevadoras modernas.

Donde la nueva tecnología parece ser una propuesta más realista es en las operaciones de manipulación de mercancías manuales —imagine el aumento de productividad que los exoesqueletos proporcionarían para apilar envases o cargar vehículos, por ejemplo—, pero incluso así, todavía nos quedaría por probar si los beneficios que ofrecen pueden ser financieramente atractivos para los negocios usuarios, prácticos desde el punto de vista de la fuente de energía y el mantenimiento, o incluso aceptables para los empleados que deban llevarlos (¿recuerda el escándalo que supuso que los trabajadores se convirtieran en “robots” cuando aparecieron los primeros terminales para la preparación de pedidos que se llevaban en la muñeca?).

De momento, por lo tanto, parece probable que el rol principal de la carretilla elevadora en las operaciones logísticas modernas no cambiará en muchos años y que los exoesqueletos se utilizarán sólo donde su habilidad excepcional —la de acompañar al usuario dondequiera que vaya— sea realmente necesaria.

Otros desarrollos del exoesqueleto

Además del Fortis de Lockheed Martin y del Ekso GT de Ekso Bionics, muchos otros exoesqueletos notables han sido desarrollados en los últimos años.

Entre ellos está el HULC (Human Universal Load Carrier) que presentó por primera vez Ekso Bionics en 2008 y que patentó a Lockheed Martin al año siguiente para desarrollos militares. Lockheed Martin llevó a cabo la producción de un prototipo de exoesqueleto de cuerpo entero reforzado diseñado para ayudar a los soldados a transportar más carga y moverse más eficientemente, que se supone resistente a la arena, el viento y la lluvia, así como a temperaturas y humedad extremas (características útiles tanto en escenarios de guerra como en muchos entornos industriales duros).

Los desarrolladores japoneses también han estado ocupados con esta tecnología. El HAL (Hybrid Assistive Limb, miembro asistencial híbrido) de Cyberdyne, por ejemplo, es otro traje robótico diseñado para fines terapéuticos y de entrenamiento que ahora mismo está en el proceso de ser aprobado para usos médicos en los Estados Unidos; mientras que otra compañía japonesa, ActiveLink, ha desarrollado lo más parecido que se ha hecho hasta ahora a los brazos de la teniente Ripley en la película Alien, y bajo el nombre idóneo de Dual Arm Power Amplification Robot (robot de dos brazos de potencia amplificada), que mide la magnitud y dirección de la fuerza aplicada por el operario y permite que “sientan” a través de los brazos mediante Direct Force Feedback (respuesta de fuerza directa).

Incluso estudiantes han investigado en este campo, en concreto, un grupo de estudiantes de la Universidad de Pensilvania desarrolló recientemente el llamado Titan Arm (brazo titánico), un dispositivo tipo mochila para las extremidades superiores que funciona con batería y que tiene aplicación tanto en el campo médico de la rehabilitación como para trabajos en los que se requiere un aumento de fuerza. El equipo que está detrás del dispositivo, que admiten sostiene hasta 25kg de peso, ha sido nominado para los Premios Edison de 2015, que reconocen la innovación en productos nuevos.

Exoskeleton - the future of fork lift

El HULC (portacargas humano universal por sus siglas en inglés) con asistencia de elevación permite a un soldado levantar cargas, manteniendo un rango de movimiento de elevación normal y conservando el centro de gravedad cerca del cuerpo.

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