Exoesqueleto mecánico, exoesqueleto de potencia, exoesqueleto robótico, también conocido como servoarmadura, exomarco o exotraje, es una máquina móvil consistente primariamente en un armazón externo (comparable al exoesqueleto de un insecto) que lleva puesto una persona y un sistema de potencia de motores o hidráulicos que proporciona al menos parte de la energía para el movimiento de los miembros. Ayuda a moverse a su portador y a realizar cierto tipo de actividades, como lo es el cargar peso.
Durante su funcionamiento, una serie de sensores biométricos detectan las señales nerviosas que el cerebro envía a los músculos de nuestras extremidades cuando vamos a comenzar a andar. La unidad de procesamiento del exoesqueleto responde entonces a estas señales, las procesa y hace actuar al exoesqueleto en una fracción de segundo.
En un principio el proyecto iba orientado a ayudar a las personas ancianas o discapacitadas a andar por “su propio pie”, cosa que consiguió el ingeniero biónico Andrés Pedroza en el 2000 con el HAL-3. En el 2005 se dotó al último modelo, el HAL-5 de prótesis de cintura para arriba, de unidades de potencia más compactas, se le redujo el peso, se aumentó la duración de la batería y se mejoró su diseño externo.
HAL son las siglas en inglés de Hybrid Assistive Limb que describen la funcionalidad del traje respecto a la ayuda híbrida a las extremidades.
El dispositivo parecido a un exoesqueleto más antiguo conocido fue un aparato para ayudar al movimiento desarrollado en 1890 por el ingeniero ruso Nicholas Yagn. Usaba energía almacenada en bolsas de gas comprimido para ayudar en el movimiento, aunque era pasiva y requería energía humana. En 1917, el inventor de los Estados Unidos, Leslie C. Kelley desarrolló lo que él llamó un podómetro, que funcionaba con energía de vapor con ligamentos artificiales que actuaban en paralelo a los movimientos del usuario. Este sistema pudo complementar la energía humana con energía externa.
En la década de 1960, comenzaron a aparecer las primeras verdaderas 'máquinas móviles' integradas con los movimientos humanos. Un traje llamado Hardiman fue desarrollado conjuntamente por General Electric y las Fuerzas Armadas de EE. UU. El traje funcionaba con sistemas hidráulicos y eléctricos y amplificaba la fuerza del usuario en un factor de 25, de modo que levantar 110 kilogramos (240 libras) se sentiría como levantar 4,5 kilogramos (10 libras). Una característica llamada fuerza de retroalimentación permitió al usuario sentir las fuerzas y los objetos manipulados.
El Hardiman tenía limitaciones importantes, incluido su peso de 680 kilogramos (1.500 libras). También fue diseñado como un sistema maestro-esclavo: el operador estaba en un traje maestro rodeado por el traje esclavo exterior, que realizaba el trabajo en respuesta a los movimientos del operador. El tiempo de respuesta del traje de esclavo fue lento en comparación con un traje construido de una sola capa, y los errores causaron "un movimiento violento e incontrolable de la máquina" al mover ambas piernas simultáneamente. La lenta velocidad de caminata de Hardiman de 0,76 metros por segundo (2,5 pies / so poco menos de 2 mph) limitó aún más los usos prácticos, y el proyecto no tuvo éxito.
Aproximadamente al mismo tiempo, los primeros exoesqueletos activos y robots humanoides fueron desarrollados en el Instituto Mihajlo Pupin en Yugoslavia por un equipo dirigido por el Prof. Miomir Vukobratović. Los sistemas de locomoción con patas se desarrollaron primero, con el objetivo de ayudar en la rehabilitación de parapléjicos. En el curso del desarrollo de exoesqueletos activos, el Instituto también desarrolló teoría para ayudar en el análisis y control de la marcha humana. Parte de este trabajo informó el desarrollo de robots humanoides modernos de alto rendimiento. En 1972, en la Clínica Ortopédica de Belgrado se probó un exoesqueleto activo para la rehabilitación de parapléjicos que se accionaba neumáticamente y se programaba electrónicamente.
En 1985, un ingeniero del Laboratorio Nacional de Los Álamos propuso un exoesqueleto llamado Pitman, una armadura de potencia para soldados de infantería. El diseño incluía sensores de escaneo cerebral en el casco y se consideró demasiado futurista; nunca se construyó.
En 1986, un exoesqueleto llamado Lifesuit fue diseñado por Monty Reed, un guardabosques del ejército estadounidense que se había roto la espalda en un accidente de paracaídas. Mientras se recuperaba en el hospital, leyó la novela de ciencia ficción de Robert Heinlein, Starship Troopers, y la descripción de Heinlein de los trajes de poder de infantería móvil inspiró a Reed a diseñar un exoesqueleto de apoyo. En 2001, Reed comenzó a trabajar a tiempo completo en el proyecto, y en 2005 usó el duodécimo prototipo en la carrera a pie de Saint Patrick's Day Dash en Seattle, Washington. Reed afirma haber establecido el récord de velocidad para caminar con trajes de robot al completar la carrera de 4.8 kilómetros (3 millas) a una velocidad promedio de 4 kilómetros por hora (2.5 mph). El prototipo 14 de Lifesuit puede caminar 1,6 km (1 mi) con una carga completa y levantar 92 kg (203 lb) para el usuario.
Los exoesqueletos motorizados pueden mejorar la calidad de vida de las personas que han perdido el uso de las piernas al permitir la marcha asistida por un sistema. Los exoesqueletos, que pueden denominarse "robots de rehabilitación escalonada", también pueden ayudar con la rehabilitación de un accidente cerebrovascular, una lesión de la médula espinal o durante el envejecimiento. Se están desarrollando varios prototipos de exoesqueletos. El Ekso GT, fabricado por Ekso Bionics, es el primer exoesqueleto aprobado por la Administración de Medicamentos y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) para pacientes con accidente cerebrovascular. El Centro Alemán de Investigación de Inteligencia Artificial ha desarrollado dos exoesqueletos propulsados de uso general, CAPIO y VI-Bot. Estos se utilizan principalmente para teleoperación. La tecnología de exoesqueleto también se está desarrollando para mejorar la precisión durante la cirugía y para ayudar a las enfermeras a mover y transportar pacientes pesados.
Desarrollar un traje de cuerpo entero que satisfaga las necesidades de los soldados ha demostrado ser un desafío. La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) lanzó el programa Warrior Web en septiembre de 2011 y ha desarrollado y financiado varios prototipos, incluido un "exotraje suave" desarrollado por el Instituto Wyss de la Universidad de Harvard. En 2019, el proyecto de exoesqueleto TALOS del Ejército de EE. UU. Se suspendió. Se ha desarrollado una variedad de exoesqueletos "reducidos" para su uso en el campo de batalla, con el objetivo de disminuir la fatiga y aumentar la productividad. Por ejemplo, el traje ONYX de Lockheed Martin tiene como objetivo ayudar a los soldados a realizar tareas que son "intensivas para las rodillas", como cruzar terrenos difíciles. El grupo de Leia Stirling ha identificado que los exoesqueletos pueden reducir los tiempos de respuesta de un soldado.
El Raytheon Sarcos XOS es un exoesqueleto que está en fase de desarrollo con fines militares. De momento ya se ha conseguido que la persona que use el XOS pueda levantar y transportar pesos con mayor facilidad sin perder agilidad, pero el “traje” aún necesita alimentación externa.
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