Muelles y embragues para caminar m¨¢s ligero ahorrando energ¨ªa

Los humanos necesitaron centenares de miles de a?os para aprender a caminar. A lo largo de la evoluci¨®n, perfeccionaron sus andares en un equilibrio tan perfecto entre biomec¨¢nica y gasto energ¨¦tico que, sin ¨¦l, a¨²n seguir¨ªan en los ¨¢rboles. Sin embargo, un grupo de investigadores ha necesitado mucho menos para, con una ingeniosa combinaci¨®n de muelles y embragues, mejorar nuestra forma de caminar.

"El sistema locomotor humano ha evolucionado a lo largo de millones de a?os y los humanos de hoy dan centenares de millones de pasos a lo largo de su vida", dice el investigador del departamento de ingenier¨ªa mec¨¢nica de la Universidad Carnegie Mellon (EE UU), Steven Collins. La maestr¨ªa alcanzada hab¨ªa hecho creer que cualquier cambio en el sistema musculoesquel¨¦tico humano implicar¨ªa un coste metab¨®lico, exigiendo un mayor gasto energ¨¦tico. Sin embargo, hab¨ªa "margen de mejora", a?ade.

Collins, junto a ingenieros de otras dos universidades estadounidenses, ha creado lo que se podr¨ªa llamar una exopierna que hace el caminar m¨¢s ligero y no exige un mayor consumo energ¨¦tico al cuerpo, de hecho, lo reduce. El artilugio, rematado en fibra de carbono, recuerda a una f¨¦rula para tratar fracturas, pero en versi¨®n 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 biomec¨¢nico mejora los andares. Una combinaci¨®n de muelle y embrague aprovecha cada paso para ayudar en la caminata. Y lo hace sin ning¨²n tipo de motor o energ¨ªa externa.

El ahorro de energ¨ªa 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 est¨¢ en el suelo, permitiendo almacenar y luego liberar la energ¨ªa el¨¢stica. Despu¨¦s, autom¨¢ticamente, desembraga para permitir el libre movimiento mientras el pie est¨¢ en el aire", explica Gregory Sawicki, cocreador del dispositivo y miembro del departamento conjunto de ingenier¨ªa biom¨¦dica de las universidades Estatal y Chapel Hill de Carolina del Norte.

Los investigadores reclutaron a una decena de voluntarios para probar su creaci¨®n. Primero midieron su consumo metab¨®lico mientras caminaban sobre una cinta. Tras darles tiempo a acomodarse a la exopierna, volvieron a medir su gasto energ¨¦tico al caminar. Seg¨²n explican en la revista Nature, vieron que los resultados eran muy dependientes de la tensi¨®n del resorte. Si el muelle estaba muy tenso o demasiado flojo, incurr¨ªan en un mayor consumo de energ¨ªa o gastaban lo mismo que si no la llevaban. Pero con la torsi¨®n adecuada, obtuvieron un ahorro medio de energ¨ªa de un 7%.

"Una reducci¨®n energ¨¦tica del 7% del coste de caminar, algo as¨ª como el 1% de las necesidades diarias de energ¨ªa, parece peque?o, pero tiene su relevancia para los humanos", asegura Collins. "En primer lugar, en la escala temporal evolutiva, reducir el coste energ¨¦tico de la locomoci¨®n un 1% podr¨ªa significar un incremento del 10% de la energ¨ªa disponible para el crecimiento y la reproducci¨®n. En segundo lugar, los humanos modernos evitan gastar energ¨ªa y les incomoda un aumento del uso energ¨¦tico al caminar a¨²n peque?o", a?ade.

Para hacerse una idea, un cambio del 7% equivale a cargar o no una mochila de cuatro kilogramos. "La mayor¨ªa de la gente preferir¨ªa no llevar esa mochila si no lo necesitan", comenta el ingeniero estadounidense. Otra comparaci¨®n que hace, ilustra perfectamente la ventaja de este dispositivo biomec¨¢nico. "Las personas eligen balancear sus brazos antes que tener las manos en los bolsillos. Ese balanceo ahorra un 7% en comparaci¨®n 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 energ¨¦tico, en su caso, procedente de una alimentaci¨®n externa. "Este es el primer exoesqueleto sin alimentaci¨®n que reduce el coste de energ¨ªa de los humanos al caminar", recuerda Collins.

Entre las posibles aplicaciones de este sistema, sus creadores se?alan 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. Tambi¨¦n los mayores que tengan su movilidad reducida o los que siguen un programa de rehabilitaci¨®n tras un accidente estar¨ªan entre los candidatos a llevar un par de exopiernas. Collins conf¨ªa en que "las personas con discapacidad cuyo gasto energ¨¦tico es ya de por s¨ª elevado se beneficien de futuros productos que usen un enfoque similar al de nuestra idea".