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Muelles y embragues para caminar más ligero ahorrando energía

Los humanos necesitaron centenares de miles de años para aprender a caminar. A lo largo de la evolución, perfeccionaron sus andares en un equilibrio tan perfecto entre biomecánica y gasto energético que, sin él, aún seguirían en los árboles.

Sin embargo, un grupo de investigadores ha necesitado mucho menos para, con una ingeniosa combinación de muelles y embragues, mejorar nuestra forma de caminar.

“El sistema locomotor humano ha evolucionado a lo largo de millones de años y los humanos de hoy dan centenares de millones de pasos a lo largo de su vida”, dice el investigador del departamento de ingeniería mecánica de la Universidad Carnegie Mellon (EE UU), Steven Collins. La maestría alcanzada había hecho creer que cualquier cambio en el sistema musculoesquelético humano implicaría un coste metabólico, exigiendo un mayor gasto energético. Sin embargo, había “margen de mejora”, añade.

Collins, junto a ingenieros de otras dos universidades estadounidenses, ha creado lo que se podría llamar una exopiernaque hace el caminar más ligero y no exige un mayor consumo energético al cuerpo, de hecho, lo reduce. El artilugio, rematado en fibra de carbono, recuerda a una férula para tratar fracturas, pero en versión futurista. Con una base para apoyar la planta del pie y dos anclajes, uno para el tobillo y el otro para la rodilla, este dispositivo biomecánico mejora los andares. Una combinación de muelle y embrague aprovecha cada paso para ayudar en la caminata. Y lo hace sin ningún tipo de motor o energía externa.

El ahorro de energía es equivalente a dejar de llevar una mochila de cuatro kilos a la espalda

“El embrague es esencial para engranar el muelle solo mientras el pie está en el suelo, permitiendo almacenar y luego liberar la energía elástica. Después, automáticamente, desembraga para permitir el libre movimiento mientras el pie está en el aire”, explica Gregory Sawicki, cocreador del dispositivo y miembro del departamento conjunto de ingeniería biomédica de las universidades Estatal y Chapel Hill de Carolina del Norte.

Los investigadores reclutaron a una decena de voluntarios para probar su creación. Primero midieron su consumo metabólico mientras caminaban sobre una cinta. Tras darles tiempo a acomodarse a la exopierna, volvieron a medir su gasto energético al caminar. Según explican en la revista Nature, vieron que los resultados eran muy dependientes de la tensión del resorte. Si el muelle estaba muy tenso o demasiado flojo, incurrían en un mayor consumo de energía o gastaban lo mismo que si no la llevaban. Pero con la torsión adecuada, obtuvieron un ahorro medio de energía de un 7%.

“Una reducción energética del 7% del coste de caminar, algo así como el 1% de las necesidades diarias de energía, parece pequeño, pero tiene su relevancia para los humanos”, asegura Collins. “En primer lugar, en la escala temporal evolutiva, reducir el coste energético de la locomoción un 1% podría significar un incremento del 10% de la energía disponible para el crecimiento y la reproducción. En segundo lugar, los humanos modernos evitan gastar energía y les incomoda un aumento del uso energético al caminar aún pequeño”, añade.

Para hacerse una idea, un cambio del 7% equivale a cargar o no una mochila de cuatro kilogramos. “La mayoría de la gente preferiría no llevar esa mochila si no lo necesitan”, comenta el ingeniero estadounidense. Otra comparación que hace, ilustra perfectamente la ventaja de este dispositivo biomecánico. “Las personas eligen balancear sus brazos antes que tener las manos en los bolsillos. Ese balanceo ahorra un 7% en comparación a tenerlos quietos a lo largo del tronco”. Es el mismo porcentaje que ahorra la exopierna.

Aunque ya existen varios exoesqueletos que facilitan el movimiento, lo hacen a costa de un mayor consumo energético, en su caso, procedente de una alimentación externa. “Este es el primer exoesqueleto sin alimentación que reduce el coste de energía de los humanos al caminar”, recuerda Collins.

Entre las posibles aplicaciones de este sistema, sus creadores señalan a todos aquellos que, por trabajo o por deporte, pasan mucho tiempo de pie o andando: enfermeros, carteros… o los que simplemente gustan de pasear. También los mayores que tengan su movilidad reducida o los que siguen un programa de rehabilitación tras un accidente estarían entre los candidatos a llevar un par de exopiernas. Collins confía en que “las personas con discapacidad cuyo gasto energético es ya de por sí elevado se beneficien de futuros productos que usen un enfoque similar al de nuestra idea”.

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