Una idea para reforzar el apoyo del mundo

Un exoesqueleto motorizado puede ofrecer alivio a la especialmente vulnerable columna lumbar. El fabricante francés Japet confía para ello en FAULHABER ya que sus productos exigen la más alta calidad y cada gramo es importante.

El dolor de espalda representa una de cada diez bajas por enfermedad y el 13% de las jubilaciones anticipadas. El 80% de las personas han experimentado esa enfermedad y entre el 10% y el 20% de la población tiene dolor crónico. Estas cifras proceden de Francia, donde se calculan en unos 20 mil millones de euros los costes anuales de seguimiento para la economía y el sistema de salud. Cifras similares pueden encontrarse en todos los países industrializados.

Los esfuerzos mal hechos y la sobrecarga continua de la columna son, de lejos, las causas más comunes de los dolores crónicos de espalda. El esfuerzo no adecuado puede, de hecho, evitarse fácilmente siguiendo una sencilla regla: levantar cargas siempre con las rodillas manteniendo el tronco vertical. No obstante, en la vida diaria y en muchos trabajos esta regla puede ser, a menudo, difícil de cumplir. Ayudar a un paciente a salir de la cama, levantar una saca de correos del furgón, manipular piezas pesadas en un proceso de producción o trabajar con máquinas pesadas portátiles en una obra puede hacer extremadamente difícil el mantener el esfuerzo realizado con la espalda dentro del rango correcto de la ergonomía. De esta forma, el peso levantado presiona inevitablemente sobre una columna flexionada.

El efecto palanca negativo agrava el problema
El efecto palanca es extremadamente negativo aquí: según el grado de flexión, un paquete de 10 kilogramos puede ejercer una fuerza de presión equivalente a hasta 50 kilogramos en los discos lumbares de la columna inferior. Aunque estos amortiguadores naturales hechos de fibrocartílago son extraordinariamente duros y resilientes, envejecen con el tiempo y, cuando están sometidos constantemente a un esfuerzo inadecuado, pueden sufrir un desgaste prematuro: se contraen, el efecto amortiguador disminuye y el tejido óseo contiguo también cambia, a menudo con consecuencias dolorosas. En el caso de una hernia discal, el disco intervertebral de hecho se rompe, el núcleo se sale y presiona contra los nervios circundantes de manera extremadamente dolorosa.

"Si el esfuerzo inadecuado no se puede evitar sistemáticamente, deberá valorarse el tomar medidas que proporcionen alivio", dicen Antoine Noel. En 2015, este ingeniero en robótica, junto con Amelie Blondeaux y Damien Bratic, fundó la compañía Japet en Lille. "Nuestro objetivo era desarrollar una faja activa de soporte para la columna lumbar. El esfuerzo inapropiado debería compensarse con la fuerza de un motor, protegiendo así los discos intervertebrales".

Alivio mediante actuadores
El resultado de su trabajo es el exoesqueleto Japet.W, que está formado fundamentalmente por dos correas conectadas entre sí por cuatro actuadores, dos a cada lado del cuerpo. La correa superior soporta la espalda y la correa inferior se apoya en las caderas. Los actuadores son los llamados actuadores elásticos en serie, SEA por sus siglas en inglés. "Sienten" una fuerza que actúa sobre ellos y utilizan la fuerza de su propio motor para contrarrestarla.

Sus elementos más importantes son un motor, un husillo y un muelle. Un potenciómetro mide la fuerza aplicada; por ejemplo, si el usuario del exoesqueleto se inclina hacia adelante y recoge un peso. Esta señal de medida acciona el motor, que está acoplado al husillo de accionamiento por un reductor. El giro del husillo transfiere la potencia del motor al muelle que presiona la correa superior desde la correa inferior, soporta el tronco y alivia la columna lumbar. Respecto al nivel de alivio que ofrece el exoesqueleto, el usuario puede elegir entre cuatro niveles. El controlador y la batería del dispositivo están integrados en la doble correa.

"Las caderas experimentan solo un ligero esfuerzo adicional como resultado de la presión añadida; en todo caso, son capaces de soportar incluso cargas más pesadas sin problema", explica Antoine Noel. "Por otro lado, la fuerza que actúa sobre la columna lumbar se reduce enormemente. Es, sobre todo, el esfuerzo excesivo de los discos intervertebrales cuando se está en una posición inclinada lo que se reduce considerablemente o se evita completamente de este modo. Al mismo tiempo, la posición del tronco también se mejora".

Los micromotores levantan cuatro coches
Los fundadores de Japet conocieron FAULHABER por primera vez en una feria. En aquel entonces, su compañía era todavía un laboratorio técnico de pruebas en una sala contigua de una clínica del norte de Francia. La primera venta estaba todavía en un futuro lejano. En sus primeros dispositivos de prueba, los tres jóvenes emprendedores habían instalado motores baratos y ruidosos que se podían controlar a duras penas. A los expertos de FAULHABER les encantaron las ideas de los jóvenes ingenieros. Los apoyaron con asesoramiento intensivo y prototipos de motores de alta calidad que podían satisfacer las necesidades de la exigente aplicación. "Eso desempeñó un papel importante en la preparación de nuestro producto para la fabricación en serie", subraya Antoine Noel.

En el exoesqueleto Japet.W hay cuatro motores CC con conmutación de metales preciosos de la serie 1524...SR que proporcionan la fuerza de apoyo para aliviar a la columna vertebral. Los responsables de la transmisión de la carga son reductores planetarios de la serie 15A con una reducción 52:1. Dado que el dispositivo se lleva, por descontado, en el cuerpo al cual se le proporciona alivio, cada gramo es importante. Con un peso de 18 gramos por motor, los accionamientos suponen solo una fracción del peso total. A pesar de ello, son lo suficientemente fuertes para aliviar los discos intervertebrales del peso de tres o cuatro coches de tamaño medio en el transcurso de una jornada laboral.
Además de la relación entre volumen y fuerza, la calidad y la fiabilidad están entre los criterios clave que son decisivos para Japet: "El exoesqueleto es un producto médico certificado", explica Antoine Noel. "Aquí se aplican los estándares más altos. Es más, el dispositivo debe soportar a su usuario en funcionamiento continuo, durante un periodo de tiempo largo y, preferiblemente, sin mantenimiento. Esto es posible con los accionamientos de FAULHABER".

El Japet.W lleva ya en el mercado más un año. Se utiliza ya en numerosas industrias como, por ejemplo, la industria ferroviaria, la de construcción y la de asistencia sanitaria. Su uso permite contrarrestar el posible desarrollo de dolor crónico de espalda. No obstante, se utiliza también en personas que ya han desarrollado este síndrome y están buscando una forma de seguir trabajando. "El 75% de todos los usuarios que han desarrollado previamente dolor de espalda trabajando indican una reducción real del dolor", recalca Antoine Noel. "Esta es una cifra notable desde un punto de vista médico, especialmente porque los dolores crónicos de espalda son una enfermedad muy persistente y difícil de tratar. Dado que todos tendemos a trabajar más tiempo y a que la experiencia de los empleados mayores es cada vez más valiosa, el exoesqueleto tiene también un gran potencial desde una perspectiva económica ventajosa".