A pesar del temprano estadio de su evolución, son uno de los logros que indican la dirección a tomar en la técnica y la mecánica, fascinan a las personas de todo el mundo y tienen relevancia para el conjunto de la sociedad: los exoesqueletos. Se trata de estructuras de apoyo para organismos, como los humanos. También denominado "esqueleto exterior", el exoesqueleto no es una parte integrante directa del cuerpo portante, sino que apoya y refuerza sus movimientos mediante fuerza mecánica. El exoesqueleto, atendiendo a su característica principal, se basa en órtesis que ya se vienen empleando desde hace tiempo en el entorno de la medicina para estabilizar y descargar determinadas zonas del cuerpo. Mediante el avance en el desarrollo de la robótica y de los sistemas sensores se desarrollan continuamente nuevos modelos, de forma que el espectro de aplicación del exoesqueleto va, a día de hoy, más allá del ámbito de la medicina.

Estructura y modo de funcionamiento: exoesqueletos activos y pasivos

En lo que respecta a su estructura y a sus componentes, en los exoesqueletos puede establecerse la distinción esencial entre el grupo de las estructuras de apoyo pasivas y el grupo de las activas. Los exoesqueletos pasivos apoyan al cuerpo portante solamente mediante componentes mecánicos tales como muelles espirales, férulas y pesos; no disponen de un accionamiento controlado activamente. Las cargas que se generan son recibidas por la estructura de apoyo y transferidas en energía o derivadas al suelo. Por el contrario, los exoesqueletos activos disponen, junto a elementos mecánicos, de otros componentes de accionamiento activo que contribuyen adicionalmente a reducir la fuerza y a reducir la carga. En este contexto se utilizan preferentemente los reductores armónicos de estructura corta de las series CSD y SHD de Harmonic Drive AG, en combinación con motores eléctricos de estructura muy compacta. Dependiendo del modelo se utiliza un sistema sensor para informar a actuadores del exoesqueleto con la suficiente antelación sobre los siguientes movimientos de la persona. El control de los pasos de movimiento puede producirse a través de tensiones musculares que son recibidas por los sensores. De forma alternativa, el control puede realizarse también a través de un panel de mando. Tanto los exoesqueletos activos como los pasivos presentan ventajas y desventajas. Mientras que los modelos sin accionamiento eléctrico no están vinculados a ningún tipo de alimentación de energía, las estructuras de apoyo activas, debido a sus componentes, necesitan ser alimentadas con energía mediante pilas o baterías. Dado el caso, por tanto, en estos últimos no se garantiza una utilización ininterrumpida; además, los exoesqueletos activos suelen ser significativamente más pesados que su correlato pasivo. Los modelos activos, por su parte, suelen disponer de un mayor grado de apoyo y pueden liberar a su portador de más carga que las estructuras de apoyo pasivas. Al final, la relevancia de las ventajas y desventajas solo puede determinarse en relación a la aplicación en cuestión.

Exoesqueletos como guías para la medicina y la sociedad

Al exoesqueleto se le supone un papel prometedor y puntero sobre todo en el ámbito de la medicina. Aquí se aplican las características y funciones protectoras y de apoyo para el cuerpo de la estructura de apoyo en su forma básica; ayudan a personas con discapacidades a ejecutar movimientos cotidianos, recuperar libertad de movimientos y cumplir necesidades existenciales. En el marco de estudios clínicos se investiga, entre otros, el empleo de exoesqueletos especialmente fabricados y concebidos para los requisitos médicos en pacientes con muy diversos tipos de parálisis. En este contexto queda manifiesto que en el marco de la medicina la tarea principal de exoesqueleto no es mejorar capacidades existentes en toda su extensión, sino recuperar capacidades que el afectado ha perdido, por ejemplo, debido a enfermedades. El significado del exoesqueleto queda manifiesto especialmente al observar el desarrollo de la sociedad. La esperanza de vida cada vez más alta y el cambio demográfico suponen ya hoy algunos retos para la medicina, la economía y la ciencia. La medicina jugará un papel muy relevante, pues las personas, también a edades avanzadas, no querrán renunciar a sus libertades de movimiento básicas y a su movilidad. El desarrollo innovador de la técnica de exoesqueletos, por tanto, no solo ocupa el plano de la medicina, sino el plano de la sociedad en su conjunto. Los exoesqueletos son conocidos sobre todo como estructuras de apoyo para personas parapléjicas. A estas les posibilitan marchar de forma erguida y todas las ventajas que van asociadas a ello, tales como la recuperación de la independencia, la comunicación a la misma altura visual y, sobre todo, una circulación mejor y un mejor riego sanguíneo de las piernas.

Aplicaciones en la industria militar

En el espectro de aplicación del exoesqueleto también se incluye el sector industrial, con todas las actividades físicas exigentes. Aquí, las estructuras de apoyo externas asumen tareas de apoyo. Ya sea en la cinta de montaje, en el almacén o en el suministro de mercancías, los trabajadores son sometidos a exigentes esfuerzos físicos cuando elevan, transportan y manipulan cargas durante un período de tiempo prolongado. Al imitar y, de esta forma, reforzar movimientos utilizando procesos electrónicos, sensores y mecánicos, los exoesqueletos facilitan el trabajo en el ámbito industrial a quienes los portan. Consecuentemente, las posibles molestias (principalmente en la musculatura de tronco y espalda) se evitan ya antes de su aparición y se aumenta a eficiencia de trabajo. Ya hoy algunas empresas del sector de la logística y de la industria automovilística utilizan exoesqueletos activos y pasivos. Atendiendo a la denominada industria 4.0, el desarrollo tecnológico de la producción industrial, los exoesqueletos suponen una vinculación necesaria de hombre y máquina. Mediante el uso de la tecnología de lo que se trata es de configurar el trabajo humano no solo más eficiente y productivamente, sino también de forma más saludable y sostenible. Las aplicaciones militares se asemejan a las de la industria, puesto que el desarrollo aquí también se concentra, en primera línea, en transporte de cargas pesadas. Además, soldados y miembros de la casta militar en situaciones de peligro deben beneficiarse de los exoesqueletos cuando marchan o sobre terrenos de difícil transitabilidad. Si bien los prototipos actuales no se pueden comparar con los modelos de los universos de ciencia ficción, el impulso innovador es imparable y cabe esperar que la interacción entre estructura de apoyo y armamento se intensifique cada vez más en el futuro. El futuro traerá consigo otras posibilidades de utilización para exoesqueletos. Así, por ejemplo, ya en el año 2014 se investigó un concepto para utilizar estructuras de apoyo externas o esqueletos exteriores para bomberos. Otros campos de utilización imaginables para los exoesqueletos de cualquier ejecución pueden ser, por ejemplo, el área del cuidado de personas, la construcción y otras profesiones que suponen esfuerzos físicos.