Las lesiones lumbares siguen siendo una de las principales causas de ausentismo laboral y deterioro de la salud musculoesquelética en entornos industriales. A pesar de décadas de investigaciones en ergonomía y prevención, más del 40 % de los trabajadores europeos continúa expuesto a posiciones forzadas y a levantamiento frecuente de cargas. En este contexto, un equipo europeo de investigadores desarrolló un exoesqueleto pasivo innovador, cuya estructura con vigas flexibles proporciona soporte a la espalda baja sin comprometer la movilidad del usuario.
Un desarrollo europeo con enfoque biomecánico
El dispositivo fue diseñado y evaluado por Matthias Näf, Cristina Rizzoglio-Gómez, Bastiaan Verrelst y Dirk Lefeber, con el respaldo del proyecto SPEXOR (Spinal Exoskeletal Robotics) financiado por la Comisión Europea. Su objetivo fue crear un exoesqueleto pasivo de espalda que combine soporte mecánico efectivo con alta libertad de movimiento, algo que pocos diseños logran de manera simultánea.
A diferencia de exoesqueletos rígidos convencionales, este prototipo incorpora vigas de fibra de carbono flexibles como estructura espinal, así como mecanismos para compensar el desalineamiento entre las articulaciones humanas y las del dispositivo. Esto mejora notablemente la coordinación entre el movimiento natural del usuario y la respuesta mecánica del exoesqueleto.
Diseño, método y pruebas funcionales
El estudio comprendió pruebas de componentes, análisis biomecánicos y ensayos funcionales con usuarios. Entre los aspectos técnicos más destacados:
- * Las vigas flexibles produjeron un torque máximo de 25 Nm al alcanzar una flexión de 90°, una cifra comparable con otros dispositivos pasivos como el PLAD.
- * El dispositivo fue probado en tres hombres sanos sin antecedentes de dolor lumbar.
- * Se compararon tres condiciones: sin exoesqueleto, con exoesqueleto con vigas flexibles, y con estructura rígida.
Se utilizaron herramientas como captura de movimiento, escalas de percepción visual (VAS) y registros de ángulos articulares. Además, se aplicaron encuestas sobre percepción del esfuerzo, comodidad y libertad de movimiento.
Resultados clave
- 1. Movilidad mejorada: la versión con vigas flexibles solo redujo un 10 % del rango natural de movimiento en flexión del tronco (117° vs. 130° sin exoesqueleto), y aumentó en un 25 % el rango frente a estructuras rígidas.
- 2. Alta concordancia angular: el exoesqueleto replicó más del 70 % del movimiento natural del usuario, destacando su ajuste biomecánico.
- 3. Percepción positiva: los usuarios reportaron baja interferencia con tareas (1,7cm en la escala VAS), en contraste con 3,3cm de interferencia percibida con el dispositivo Laevo.
- 4. Torque ajustable: mediante mecanismos mecánicos, se pueden adaptar los niveles de soporte entre 20 y 60 Nm según la tarea.
Aplicaciones y perspectivas futuras
El diseño probado es ideal para trabajadores en logística, almacenes, construcción o manufactura que realizan flexiones repetitivas del torso; además, su simplicidad mecánica y pasividad lo hacen una solución de bajo mantenimiento, con posibilidad de implementación en países en desarrollo.
Los investigadores también propusieron incorporar mecanismos de embrague pasivo para desconectar la asistencia durante tareas como caminar o subir escaleras, mejorando aún más su versatilidad.
Relevancia de la investigación para Venezuela
En Venezuela, donde gran parte de la fuerza laboral se desempeña en sectores como construcción, manufactura, agroindustria y distribución de alimentos, las lesiones musculoesqueléticas, especialmente las lumbares, son una causa frecuente de ausentismo, incapacidad temporal y disminución de la productividad. El desarrollo de exoesqueletos pasivos como el presentado en este estudio europeo representa una alternativa tecnológica viable, de bajo consumo energético y adaptable a nuestras condiciones. La investigación local en biomecánica aplicada y el diseño de dispositivos de soporte podría permitir soluciones propias, de bajo costo, con materiales disponibles nacionalmente (como compuestos con fibras naturales o metálicas) y ajustadas a la morfología del trabajador venezolano.
Conclusión
El desarrollo de este exoesqueleto de soporte lumbar con vigas flexibles demuestra que es posible lograr un equilibrio entre eficacia biomecánica y libertad de movimiento, algo esencial para su aceptación en el entorno laboral. Este trabajo abre nuevas vías para el diseño de exoesqueletos más naturales, adaptativos y aceptables para los usuarios, y representa un ejemplo claro de cómo la ingeniería biomecánica puede aportar soluciones reales a problemas de salud ocupacional.
Fuente científica:
Näf, M., Rizzoglio-Gómez, C., Verrelst, B., & Lefeber, D. (2018). Passive Back Support Exoskeleton That Improves Range of Motion Using Flexible Beams. Frontiers in Robotics and AI. https://doi.org/10.3389/frobt.2018.00072
Centro de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial (CIMECDI)
