Talento

A matemática da máquina humana +
Maegan Tucker move as pessoas. Como aluna do primeiro ano de engenharia mecânica da Caltech, ela desenvolveu um acessório para bengalas que vibra para alertar os usuários quando eles correm o risco de cair.
Por Laura Grinnell - 02/03/2020



Maegan Tucker move as pessoas. Como aluna do primeiro ano de engenharia mecânica da Caltech, ela desenvolveu um acessório para bengalas que vibra para alertar os usuários quando eles correm o risco de cair. Ela pesquisa exoesqueletos do tornozelo que podem ajudar pessoas com deficiências ambulatoriais a caminhar mais longe com menos esforço e roupas de corpo inteiro que podem devolver a mobilidade àqueles que a perderam.
Mas Tucker, que tem o apoio da Theodore Y. Wu Graduate Fellowship da Caltech, procura entender esses dispositivos em um nível mais profundo e, ao fazê-lo, encontra novas e melhores maneiras de humanos e máquinas trabalharem juntos. No Laboratório de Robótica Experimental Bípede Mecânica Avançada (AMBER) de Aaron Ames , Bren, professor de Engenharia Mecânica e Civil e Sistemas Dinâmicos e Controle e Caltech, ela faz uma ponte entre o prático e o teórico, investigando a matemática fundamental por trás das interações humano-robô.

"Os objetivos são criar coisas que melhorem a vida das pessoas que precisam delas e, ao mesmo tempo, aprofundar nossa compreensão da teoria subjacente".

- Maegan Tucker

Um presente do Big Ideas Fund do Departamento de Engenharia Mecânica e Civil da Caltech apoiou sua pesquisa de exoesqueleto do tornozelo e recebeu financiamento do Programa de Bolsas de Pesquisa de Pós-Graduação da National Science Foundation para seu projeto de construir uma bengala melhor. No laboratório da AMBER, seu trabalho mantém o foco exclusivo da Caltech na ciência fundamental, que une a pesquisa sobre mobilidade robótica em todo o Instituto e dirige a nova iniciativa RoAMS (Robotic Assisted Mobility Science) , que é apoiada em parte por um presente do Zeitlin Family Fund para Break Through: A Campanha Caltech .

Trazendo o ser humano para o circuito

Tucker se concentra em tecnologias que trabalham em conjunto com usuários humanos para auxiliar sua mobilidade. Esse interesse foi um ajuste natural para o curso Design for Freedom from Disability da Caltech, que a inspirou a reimaginar a cana. Agora ela tem uma patente provisória para sua invenção de protótipo, que é anexada a uma bengala tradicional. Ele inclui um sensor de inclinação e um motor de vibração para alertar os usuários sobre possíveis perigos, como segurar a bengala em um ângulo que não os apoiará se eles caírem. O dispositivo está passando por testes em um centro de reabilitação local.

A pesquisa do exoesqueleto de Tucker (“exo”), que abrange exoesqueletos de tornozelo e parte inferior do corpo, poderia permitir que pessoas que sofreram derrames ou sofressem condições como queda do pé andassem mais longe e caíssem com menos frequência. Ela testa o exo da parte inferior do corpo em estudantes usando máscaras metabólicas que medem as taxas de troca de oxigênio e dióxido de carbono, que ela e seus colegas usam para calcular a quantidade de energia gasta. Como parte da iniciativa RoAMS da Caltech, Tucker colabora com outros engenheiros do Instituto em um projeto de exoesqueleto de corpo inteiro que pode ajudar a restaurar a mobilidade bípede.

O desafio desse tipo de tecnologia médica vestível é que cada dispositivo sob medida deve recorrer a uma ampla gama de conhecimentos científicos e requer tentativa e erro para ser aperfeiçoado. Por exemplo, os roboticistas estudam como os robôs respondem às interações entre corpos e máquinas. Pesquisadores de biomecânica estudam a resposta humana. E os médicos ajustam as próteses manualmente para acomodar o corpo e as necessidades individuais de cada paciente.

Math é o lugar onde todos os threads convergem. Quando os pesquisadores entenderem a matemática das interações homem-máquina, diz Tucker, eles poderão criar robôs que colaborem melhor com os seres humanos e exijam menos ajustes. "Você precisa entender a matemática subjacente ao sistema", diz ela. "E você tem que entender a conexão humana."

Direções inesperadas

Um dia, Tucker pretende liderar seu próprio laboratório universitário, que reflita o equilíbrio entre teoria e prática no laboratório Caltech de Ames e possa inspirar novas gerações de engenheiros ao longo do caminho.

"Quanto mais simples você criar um dispositivo, maior a chance de seu produto se tornar acessível para as pessoas", diz ela. "Mas, ao mesmo tempo, entender a teoria e a matemática tem uma aplicação a longo prazo para ajudar outros laboratórios de pesquisa a entender como incorporar o sistema completo".

É um risco. Tucker e os outros pesquisadores da equipe de Ames podem achar que sua abordagem matematicamente rigorosa da robótica os leva a direções inesperadas. Além disso, o desenvolvimento de próteses e exoesqueletos médicos é um empreendimento amplo e interdisciplinar que conecta as fronteiras da neurociência, robótica, matemática e biomecânica, o que torna o campo emocionante e incerto.

"Acho que é assustador para muitas agências de financiamento", diz Tucker. "Mas uma coisa que notei na Caltech é que ela incentiva você a fazer coisas ambiciosas, mesmo que o sucesso não seja garantido."

 

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