Exoesqueleto de cotovelo robótico macio e acionado pneumaticamente para reduzir a atividade muscular e a carga de trabalho percebida

Para os trabalhadores cujos trabalhos envolvem horas de elevação e movimentos repetitivos, mesmo pequenas inovações podem fazer uma grande diferença na prevenção de futuras doenças músculo-esqueléticas.

É por isso que os engenheiros da Universidade do Texas em Arlington desenvolveram um exoesqueleto robótico macio que alivia a carga – literalmente – ao reduzir a tensão no braço e no cotovelo.

Chamado de Exoesqueleto de Cotovelo Suave Acionado Pneumaticamente (PASE), o dispositivo usa um “atuador pneumático” de silicone leve – um mecanismo macio e cheio de ar que ajuda a mover o braço – para auxiliar o movimento durante as tarefas industriais diárias, como elevação, montagem e perfuração. O seu design flexível visa reduzir o risco de desenvolvimento de lesões músculo-esqueléticas relacionadas com o trabalho, que representam cerca de 30% de todas as lesões no local de trabalho nos EUA e custam cerca de 45 a 54 mil milhões de dólares anualmente em compensação e recuperação dos trabalhadores.

“Nosso objetivo era criar um dispositivo preventivo e assistencial que reduzisse a tensão muscular antes que ocorressem lesões”, disse Eshwara Prasad Sridhar, assistente de pesquisa de pós-graduação no Departamento de Engenharia Industrial, de Manufatura e de Sistemas. “Ao usar os sistemas pneumáticos já disponíveis na maioria das instalações de fabricação, este exoesqueleto pode ser facilmente implementado em ambientes reais.”

O projeto interdisciplinar reuniu Mahmudur Rahman (PI), professor assistente do Departamento de Engenharia Industrial, de Manufatura e de Sistemas; Muthu Wijesundara (Co-PI), principal cientista pesquisador e chefe da divisão de Tecnologias Biomédicas do UTA Research Institute; Veysel Erel, cientista pesquisador III da UTARI; e Sridhar.

A equipe projetou o PASE como um atuador pneumático de peça única, minimizando o peso e a complexidade mecânica, ao mesmo tempo que maximiza o conforto e a liberdade de movimento. Construído em silicone e montado sobre uma placa de base de ônix de fibra de carbono com uma camada externa de neoprene macio, o dispositivo fornece assistência precisa alinhada ao movimento natural do cotovelo.

Num estudo envolvendo 19 participantes com idades entre 18 e 45 anos, os pesquisadores testaram o exoesqueleto em três tarefas: levantamento de peso manual, montagem básica e perfuração elétrica. Quando o suporte do exoesqueleto foi ativado, a atividade muscular nos bíceps e tríceps diminuiu em até 22% durante tarefas de levantamento, e os participantes relataram reduções de 8 a 10 pontos na carga de trabalho física e mental percebida usando o Índice de Carga de Tarefas da NASA em comparação com quando o suporte estava desligado.

“Até mesmo atrasar ou prevenir um único acidente de trabalho causa um enorme impacto”, disse o Dr. Erel, que lidera os esforços de robótica suave da UTARI. “Projetos como este mostram como a engenharia pode melhorar diretamente a qualidade de vida das pessoas, reduzindo a fadiga, prevenindo o esforço e criando ambientes de trabalho mais seguros”.

O estudo, “Projeto, desenvolvimento e avaliação de um exoesqueleto robótico de cotovelo macio e acionado pneumaticamente para reduzir a atividade muscular e a carga de trabalho percebida”, foi publicado no Revista de Engenharia de Reabilitação e Tecnologias Assistivas.

Com base neste sucesso, a equipe apresentou uma proposta da National Science Foundation para expandir o conceito em um exoesqueleto completo de membros superiores que possa auxiliar o cotovelo, o punho e os dedos simultaneamente.

“Este tipo de pesquisa interdisciplinar está no centro da missão da UTA”, disse Erel. “Ao combinar experiência em robótica, engenharia mecânica e fatores humanos, estamos criando soluções que são importantes tanto para a indústria quanto para a vida cotidiana.”