Construindo um homem mais rápido e mais forte

Quem são as próteses e os exoesqueletos do futuro?

Keahi Seymour precisava chegar ao aeroporto, mas o tráfego de Manhattan estava bloqueado. Então ele correu as duas milhas em toda a ilha – em 12 minutos. “Um motorista de táxi era como,” Você me bateu em todo Manhattan! “Seymour não é um corredor ou um corredor de distância, mas suas milhas de cinco minutos foram possíveis com a ajuda das Botas Bionic que ele inventou, o que permite Ele pode correr até 25 milhas por hora. Parecendo um super-herói de sete metros de altura quando os usa, ele torcia a pessoa média. “Bonitas pernas de robô!”, Gritou uma criança que ele passou na rua.

Não é nenhuma surpresa para ele que as crianças ficassem intrigadas com as botas – a idéia para eles veio até ele quando ele era criança. “Eu estava assistindo um programa sobre cangurus, e eles começaram a explicar como um canguru armazena energia no tendão de Aquiles”, diz ele. Aos 12, ele começou a desenhar um projeto, procurando animais bípedes como avestruzes para inspiração. Agora ele tem um protótipo que ele usa nas corridas da pista – ou simplesmente pela cidade. “É uma experiência emocionante”, diz ele. “Isso faz você se sentir como uma cruz entre um super-herói e um animal”.

Além da alegria, Seymour está convencido de que estas botas poderiam ser a próxima grande coisa. Eles são uma forma prática de transporte, rápido e compacto – não há nada para trancar ou estacionar. Você apenas anda – muito rapidamente – para onde quer que você precise ir.

Se você acha que Seymour é ridículo, considere os primeiros carros. “As pessoas não poderiam ir mais rápido do que cinco, dez milhas por hora então”, diz Seymour. “As pessoas eram como,” Os cavalos são mais confiáveis ??”, e, de repente, pegou. Eu acredito que estamos em uma cúspide semelhante de aumento humano – um crescimento exponencial “.

Keahi Seymour usando suas botas Bionic. Crédito da imagem: Keahi Seymour

Usar tecnologia para tornar-nos mais fortes, mais rápidos ou mais eficientes não é novidade. Nos últimos 3.000 anos, as pessoas usaram os materiais de ponta de suas eras – bronze, ferro, madeira – para substituir dígitos ou membros com maldade congênita, perdidos em batalha ou acidentes ou, como Seymour, imitar as habilidades dos animais.

À medida que nossa tecnologia melhora, nossa capacidade de propulsar nossas habilidades físicas para um novo nível. Mas qual de nós conseguirá ser mais rápido ou mais forte?

O velocista mais rápido do mundo em 2068 terá um membro artificial. Pelo menos, é o que o bioengenharia japonês Hiroaki Hobara pensa. Em uma carta, ele escreveu para o editor da Prosthetics and Orthotics International em 2015, ele e seus co-autores previram os tempos de corrida vencedores para as futuras corridas olímpicas e paraolímpicas. Os tempos de velocidade ajustados nas últimas décadas indicam que os velocistas que usam próteses estão se fechando rapidamente nos registros estabelecidos pelos velocistas usando suas pernas biológicas. Supondo que essa tendência continue, os velocistas mais rápidos do mundo em breve serão atletas com aumentos nas extremidades inferiores.

Ainda não estamos lá, é claro, mas definitivamente estamos lá – com pesquisas sobre mecânica corporal que abriram caminho. Todos os seus movimentos – andar, correr e levantar – exigem a coordenação de grupos musculares e tendões em seus quadris, pernas e pés, fazendo cada minuto ajustes para explicar a força do solo, o peso do objeto sendo levantado e o terreno abaixo do corpo. Para descobrir como construir uma prótese que funcione tão bem, ou mesmo melhor que, uma perna biológica, primeiro devemos descobrir todas as formas em que uma perna funciona em primeiro lugar.

É o que a empresa de próteses Ottobock tem feito. Ele se concentra em próteses para corredores e atletas paraolímpicos concorrentes nos Jogos Invictus. Possui também uma gama de produtos adaptados para diferentes atividades e níveis de atividade: para os velocistas profissionais, para as pessoas que querem uma prótese, podem fazer recados, para que os soldados amputados voltem ao trabalho ou para pessoas idosas menos ativas. Alguns são projetados para serem esteticamente impressionantes . “Quando comecei, meus pacientes não queriam necessariamente usar shorts [e revelar a prótese]”, diz Scott Schneider, o Diretor de Desenvolvimento Futuro do Ottobock. “Mas agora estamos colocando alguns aspectos exóticos para próteses – eles querem falar sobre eles e querem compartilhar”.

Sua clientela é bastante representativa do mercado de tecnologias aumentativas humanas em geral, que está voltado para um dos três tipos de pessoas: atletas de elite; soldados e outros militares; e pessoas com mobilidade limitada, mas riqueza pessoal e acesso a cuidados médicos.

Há uma das principais razões pelas quais a pesquisa, seja por empresas privadas ou instituições públicas, tende a se concentrar em aplicações esportivas e militares profissionais – para ser franco, é aí que parte do dinheiro vem.

Pata protésica “Genium” de Ottobock. Crédito da imagem: Ottobock

Neste momento, grandes extensões da população mundial têm apenas acesso limitado às próteses. Nos EUA, mesmo para aqueles com um bom seguro médico, as próteses avançadas são difíceis de adquirir – o C-Leg da Ottobock custará entre US $ 40.000 e US $ 60.000, e é típico que as companhias de seguros privadas tenham uma base entre US $ 2.500 e US $ 5.000 em cobertura protética. Como Dylan Goldberg relata nesta peça na AlterNet , pode ser extremamente caro precisar de algo como o C-Leg – ele descobriu que simplesmente a substituição de seu fluido hidráulico custaria US $ 10.000. Em países com cuidados de saúde subsidiados ou universais, a necessidade de manter os custos globais de cuidados de saúde mais baixos geralmente impede os mais novos modelos de próteses.

Nos países de baixa renda, a questão é ainda mais aguda. As próteses tipicamente são feitas a partir de projetos e materiais de décadas, ou são distribuídas de segunda mão através de esquemas de reciclagem, particularmente quando o PIB per capita pode ser apenas uma fração do custo de dispositivos genéricos mesmo. A inovação nos países mais pobres tende a se concentrar em acessibilidade e adaptabilidade mais do que melhorar a eficiência, o poder ou a força – como um projeto no Laos que modifica as próteses existentes usando a impressão em 3D, que Lindsey Kennedy informou sobre “ Como chegamos ao próximo” em 2015.

É possível que a pesquisa que promova o desenvolvimento de próteses militares ou atléticas acabe por escorrer até a pessoa média, como inovações para os carros de Fórmula 1 que aparecem, anos depois, em veículos de rua normais. Mas, enquanto os setores relativamente ricos, como os militares, estiverem dispostos e capazes de pagar os preços mais altos, muitos dos melhores projetos de próteses continuarão caros e não estarão disponíveis para grande parte do público.

Os inventores independentes poderiam colmatar essa lacuna, mas também enfrentam obstáculos. Keahi Seymour diz que recebeu milhares de e-mails de pessoas de todo o mundo perguntando sobre como comprar suas botas Bionic, mas com tanto setor de aumento humano financiado pelas empresas militares ou médicas, é difícil para os criadores individuais trazer novos produtos para o mercado sem um extraordinário investimento pessoal. Seymour, que parece um barman, tem buscado financiadores e colaboradores por anos, mas ainda não encontrou o apoio certo.

Hiroaki Hobara pode estar certo – mas se o velocista mais rápido em 2068 for alguém com um membro artificial, a média de Joe ainda pode ficar presa com tecnologia dos anos de 2010.

À medida que as próteses melhoram, levantarão outras questões sobre como eles estão empregados – especialmente nos esportes. Antes de o policial sul-africano Oscar Pistorius ter sido condenado por homicídio, ele era o centro de uma controvérsia diferente: suas pernas protéticas lhe deram uma vantagem injusta sobre outros atletas? Em 2008, a Associação Internacional de Federações de Atletismo proibiu Pistorius de competir em competições internacionais para atletas potentes, incluindo as Olimpíadas de Pequim de Pequim, citando a pesquisa de que as próteses Cheetah Flex-Foot da Pistorius qualificaram como “auxiliares técnicos”. Pistorius preparou um apelo à decisão, convidando uma equipe de cientistas a investigar a biomecânica do funcionamento com as próteses que ele usou.

Alena Grabowski, professora da Universidade do Colorado, estava naquela equipe. Ela e seus colegas passaram meses estudando amputados unilaterais – pessoas com uma perna biológica e uma prótese – e simulou um ambiente de sprint olímpico, no qual os atletas começaram a agachar-se nos blocos e depois descolgaram por sprints de 200 a 400 metros. Eles descobriram que, embora as próteses tipo lâmina gerassem algum impulso ascendente, era improvável que próteses como a de Pistorius conferissem uma vantagem global mensurável.

O poder gerador é uma questão importante para os atletas com próteses, e os velocistas precisam de energia para aumentar a velocidade. “Um amputado bilateral teria um início lento de 25% do que um não amputado”, diz Grabowski. Pense sobre o que parece correr: à medida que seus pés atingem o chão, você gera força descendente, criando ímpeto. Mas, ao contrário das pernas biológicas, as próteses não produzem ativamente uma força. “Você tem que colocar energia em próteses para tirar energia deles; eles não podem gerar energia “. Essa é uma grande desvantagem para os velocistas – mas o lado positivo, diz Grabowski, é que os atletas paraolímpicos muitas vezes acabam adotando técnicas de decolagem mais eficientes.

As próteses de lâmina podem não ser um ativo geral para os velocistas, mas o impulso ascendente que geram pode melhorar o desempenho em outros esportes. Grabowski e colegas estudaram seus efeitos em um longo salto, convidando atletas profissionais para visitar o laboratório de seus colaboradores na Alemanha. Os resultados preliminares sugerem que, enquanto os jumpers longos que usam próteses blade têm sprints de aproximação mais lentos, sua técnica de decolagem conserva a velocidade horizontal de forma mais efetiva, o que pode conferir uma pequena vantagem geral.

Ainda assim, Grabowski diz que é complicado dizer se as próteses oferecem uma vantagem ou desvantagem líquida na técnica ou velocidade dos atletas, uma vez que é impossível testar sistematicamente as estatísticas pré e pós-amputação. E uma vez que não há tal coisa (ainda!) Como o oposto de uma amputação, qualquer estudo de um atleta individual seria tendencioso pela idade – os atletas são sempre mais jovens antes de uma amputação.

No futuro, o aumento pode levar outras formas menos detectáveis ??do que as lâminas distintivas de Cheetah. O Instituto Wyss da Biologically Inspired Engineering da Harvard tem trabalhado em uma nova abordagem: um exoesqueleto suave, feito de têxteis, em vez de materiais rígidos como o plástico e o metal, de modo que teoricamente poderia ser usado sob roupas.

Projetado para uso por pessoas com condições como esclerose múltipla ou Parkinson, que experimentam dificuldade em andar, o exosuit suave proporciona ao usuário cerca de 30 por cento mais capacidade muscular, diz Ignacio Galiana, que administra o programa Wyss’s Wearable Robots. A equipe tomou pesquisas sobre biomecânica corporal e projetou uma rede de sensores e cabos (semelhante àqueles que ligam as alças de uma bicicleta aos freios) que trabalham juntas para imitar a atividade muscular e tendão.

O exoesqueleto suave projetado pelo Instituto Wyss que dá ao usuário 30 por cento mais força muscular. Crédito de imagem: Instituto Wyss

“Os cabos suportam uma quantidade de força para que as estruturas subjacentes não tenham que fazer tanto trabalho”, explica Galiana. “E os sensores usam algoritmos controlados para detectar o que o ser humano está fazendo, então se adaptem automaticamente para fornecer assistência no momento certo”. Como com outros produtos auxiliares – aparelhos auditivos, aparelhos de suporte, produtos de incontinência – usuários que se beneficiarão de uma força- O excesso de exosuit pode também desejar evitar a atenção que vem com um dispositivo visível.

Galiana vê grande potencial para os exosuits macios da Wyss. O grupo está colaborando com a ReWalk Robotics para trazê-lo para o mercado para uso clínico por pacientes com distúrbios do movimento. Mas Galiana imagina que no futuro, as pessoas sem distúrbios do movimento também podem usá-lo, para coisas como aumentar o atletismo. “Nós vamos ver mais wearables no campo de atletismo, ou entre o consumidor e especialmente a população idosa”, diz Galiana. “Você pode imaginar alguém que é idoso e quer fazer caminhadas com seu neto – talvez eles possam usar alguma força extra”.

Mas dado que muitos outros ensaios clínicos exovernos da ReWalk duraram de três a quatro anos, provavelmente será um tempo até que o produto seja um grampo para os pacientes, e muito menos um produto comercial disponível para um comprador casual.

Mais adiante, Galiana diz, a tecnologia neste suave exosuit pode ser integrada diretamente em roupas inteligentes. “A roupa inteligente pode lhe dizer quando você está levantando corretamente ou incorretamente para que você não fique ferido”, diz ele. Ou pode usar sua mecânica específica do corpo, dando-lhe conselhos personalizados sobre como melhorar a eficiência de seus movimentos.

Mas se esses sensores se incorporarem em roupas normais, isso abre novas questões para os órgãos de governo do esporte: quais regras ou regulamentos podem garantir que os atletas não estão competindo com uma vantagem injusta? Tal como nos recentes escândalos de doping olímpicos, testes para controlar tecnologias aumentativas também não serão diretos – e é uma corrida armada entre os desenvolvedores de teste e aqueles que desejam superar os testadores.

Galiana compara o auxílio que seria obtido de um exousto suave ou roupas inteligentes para doping mecânico em ciclismo, onde minúsculos motores a bateria estão escondidos em motos. Ele espera que os atletas optem por usar o impulso de forma legal: “Eles podem ser usados ??para melhorar o treinamento, mas não para quebrar as regras”.

Até agora, a pesquisa sobre o funcionamento de membros diferentes tem sido usada principalmente para substituir essas partes. Mas isso está mudando, já que a tecnologia já está avançada o suficiente para que os pesquisadores vão além da substituição e pensem em aumentos de corpo inteiro.

A primeira tentativa de uma exoção de corpo inteiro foi a “Investigação de Desenvolvimento e Pesquisa de Aumento Humano” da General Electric, ou HardiMan, na década de 1960. Era uma criatura de metal atraente, essencialmente a mesma idéia que o Loader Power de Sigourney Weaver em Aliens . HardiMan foi demitido depois que os engenheiros descobriram que eles tinham um controle perigosamente pequeno sobre os braços e arriscaram a esmagar os braços biológicos de seu operador.

O protótipo HardiMan, 1971. Crédito da imagem: General Electric

Os sucessores de HardiMan são significativamente mais promissores. Alguns, como o traje de combate XOS de Sarcos e Raytheon , são projetados para permitir que seus usuários levantem sem esforço centenas de libras. O AWN-03 da Panasonic é projetado para reduzir até 15kg de estresse nas costas das operárias de fábrica ao transportar objetos pesados ??- e parece que o Ghostbusters colorido se levanta. O Exoesqueleto da Extremidade Inferior de Berkeley (BLEEX) ajuda o pessoal de emergência a carregar cargas pesadas, e se parece com aparelhos de perna de alta tecnologia, enquanto o Membro Assinado Híbrido da Cyberdyne (HAL – o fundador da empresa afirma que o nome é uma coincidência) suporta a parte inferior das costas e a perna externa e o seu plástico branco faz com que pareça um terno de tempestade com pedras preciosas.

Exoesqueleto AWN-03 da Panasonic para trabalhadores manuais.

Atualmente, existem barreiras importantes para a introdução mainstream de exoesqueletos. Para iniciantes, eles têm os mesmos problemas de escalabilidade e acessibilidade que as próteses de ponta – a maioria desses grupos de pesquisa se baseia nos EUA, Europa ou Japão e está desenvolvendo aplicações para o setor militar ou privado. Mas há problemas técnicos para resolver também. Enquanto um exoesqueleto pode ajudar os soldados a carregar mais peso ou diminuir o esforço geral de um usuário em uma fábrica, será difícil usá-los para ser rápido .

O engenheiro Jason Kerestes ressalta que há uma compensação entre a quantidade de energia que um exoesqueleto pode fornecer eo valor que o próprio dispositivo pesa. Se o seu objetivo é apenas levantar 50 kg de forma fácil, também não é um problema para um exoesqueleto pesar muito, mas se você estiver olhando para correr rapidamente, você quer algo forte, enquanto também muito mais leve.

Kerestes está atualmente na Boeing, mas passou anos no Laboratório de Integração de Máquinas Humanas da Universidade Estadual do Arizona, projetando e testando exoesqueletos que puxaram e empurraram contra os músculos das pernas dos corredores para dar-lhes um aumento de velocidade. O objetivo era levar os soldados a uma distância de quatro minutos. Embora os pesquisadores ainda não tenham ainda quatro minutos, testes preliminares que medem o VO2-max dos corredores (sua taxa máxima de consumo de oxigênio) descobriram que os exoesqueletos melhoraram o desempenho em 10%. Ainda assim, cada quilograma que um exoesqueleto pesa tem o potencial de diminuir a velocidade do seu usuário. Em certo ponto, mais poder significa sacrificar a velocidade.

Como parte de sua pesquisa, Kerestes usou uma plataforma de teste de carrinho de golfe que puxou os corredores para que os pesquisadores pudessem observar as forças e a energia necessária para o poder assistido. “E foi assim que o jetpack nasceu”, diz Kerestes. Um par de ventiladores de alta velocidade alimentados por bateria são usados ??em torno da cintura de um atleta, e usa uma quantidade específica de energia e ângulo de impulso – cerca de dez por cento do peso corporal do usuário, aplicado 25 graus acima do horizontal – para empurrar corredores junto. Pode melhorar os tempos dos corredores por vários segundos em curtas distâncias e por quase meio minuto em uma milha. Está pronto para ir dentro de segundos de ser ligado, e a parte mais difícil é supostamente ter certeza de que você move suas pernas com rapidez suficiente para que você não viaje. Importante, proporciona uma proporção de peso-velocidade muito melhor do que outros projetos de exoesqueletos atléticos.

“O maior fator limitante é a tecnologia da bateria”, diz Kerestes. Enquanto as baterias maiores fornecem mais energia, muito peso extra reduz a velocidade máxima potencial. As melhores baterias disponíveis geram energia suficiente por cerca de seis minutos antes de serem recarregáveis; os maiores podem durar até 15 minutos, mas o peso extra não vale a pena o poder extra. “A tecnologia para tornar alguém mais rápido está aqui, mas estamos aguardando o mundo da bateria para recuperar o atraso”.

Enquanto Kerestes espera, ele está encontrando maneiras de incorporar o jetpack em atividades e cenários que poderiam se beneficiar de um tempo de vôo curto mas poderoso. Os esportes extremos são uma primeira aplicação óbvia. Kerestes diz que ele testou o dispositivo com ciclistas e descobriu que o impulso pode fazer um ciclista até 50 milhas por hora sem pedalar. Skateres e jumpers de base também podem estar interessados ??em aumentar seu esporte com uma rápida explosão de energia.

Existem também aplicações para situações muito específicas do mundo real. Kerestes diz que policiais tentaram, já que a maioria das atividades de pé são apenas alguns minutos. E o jetpack poderia ser usado para prevenção de lesões ou reabilitação. Kerestes diz que os soldados muitas vezes fraturam os membros de saltos altos. “A idéia é que poderia aliviar esse impacto por apenas uma fração de segundo. Logo antes de bater no chão, o jetpack dispara e leva-os a uma velocidade segura de pouso “.

Além das vantagens óbvias e práticas da tecnologia de aumento como força ou velocidade, eles também abrem novas avenidas para a expressão humana. Com próteses projetadas especificamente para ciclismo , escalada e tiro ao arco , todos os tipos de esportes tornam-se acessíveis para mais pessoas do que nunca. Mas, para o modelo e músico venezuelano Viktoria Modesta, próteses também oferecem a capacidade de se expressar artisticamente.

Às 20, depois de anos de dor por um acidente durante o nascimento, Modesta escolheu se submeter a uma operação para remover a perna esquerda abaixo do joelho. “Realmente me deu uma perspectiva diferente”, diz ela. “E se você se tornar mais um arquiteto de sua própria fisicalidade e identidade – quanto disso você realmente pode moldar, controlar e decidir?”

Trabalhando com designers, engenheiros e cientistas, os projetos da Modesta transformam as noções tradicionais de deficiência em sua mente, explorando a vitalidade e a beleza do corpo escolhido. Modesta diz que sentiu um tipo de liberdade ao transcender o corpo, vendo isso como uma ferramenta em vez de uma característica definidora de uma pessoa. “Eu posso trabalhar em projetar meu próprio membro e olhar para o corpo como uma coisa conceitual ou como uma peça de arte, se eu escolher”, diz ela. “Eu aceito fortemente a idéia de redesenhar meu corpo de uma maneira que eu me sinto apta para o tipo de história que eu quero contar”.

O video musical do “Protótipo” de Vicktoria Modesta

Além de seu trabalho como artista, a Modesta também é um colega no Media Lab da MIT, trabalhando com o pesquisador Hugh Herr em testes e comentários para suas pernas biónicas , que são controladas pelos pensamentos do usuário. Herr, que sofreu uma dupla amputação após um acidente de escalada, “tem uma visão e atitude semelhantes em relação ao uso de membros artificiais e o que significa ser uma pessoa”, diz ela. Em uma entrevista de 2014 à Newsweek , Herr foi mais longe, argumentando que ele é pós-humano. “Quando você inclui minhas partes biológicas e biônicas, meu corpo está evoluindo mais rápido do que o seu”.

À medida que as possibilidades do corpo humano evoluem, também nossas percepções sobre suas habilidades biomecânicas “naturais”. A Modesta joga com esta ideia, usando desenhos que destacam especificamente as pernas escolhidas: uma adornada com cristais Swarovski, outra iluminada, atraindo mitos zumbidos. O ponto é que o futuro dos corpos humanos aumentados poderia ser mais do que apenas função – pode ser qualquer número de coisas, desde que seja acessível e disponível para aqueles que precisam e desejam.

“No futuro, não será sobre como você aparece, mas como você pode se comportar”, diz Schneider. “A sociedade mudou; nos movemos rápido, permitindo que as pessoas escalem, caminhem, rastejam e façam coisas que nunca fizeram antes “.

 

Esta peça é o sexto episódio da Human Machine, uma série explorando as linhas cada vez mais borradas entre humanos e máquinas. Você pode se inscrever no boletim informativo da série aqui , e discutimos as questões levantadas ao longo desta série no grupo de discussão do Facebook aqui . Confira a página inicial da série para mais episódios!

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Texto original em inglês.