Nuevo brazo biónico nubla la línea entre el humano y máquina

 Nuevo brazo biónico nubla la línea entre el humano y máquina

Nueva línea de desenfoque de brazo biónico difumina la línea entre uno mismo y la máquina para usuarios

Tomado de Singularity Hub. 

Traducido y editado por: Camila Marín

A los 29 años, el bombero canadiense Rob Anderson perdió su brazo izquierdo y su pierna izquierda debido a un desgarrador accidente de helicóptero en la ladera de una montaña. Aunque ha estado equipado con prótesis «de primera línea» durante los últimos 10 años, dijo que usarlas se siente como «hacer cosas con un largo par de alicates».

Parte del problema es que simplemente no se siente conectado a su mano protésica. «Hay una desconexión entre lo que estás tocando físicamente y lo que está haciendo tu cuerpo», explicó.

Entonces, cuando los investigadores de la Universidad de Alberta le ofrecieron un lugar en un nuevo ensayo de prótesis, aprovechó la oportunidad.

El resultado, publicado este mes en Science Translational Medicine, es un brazo biónico sorprendentemente diferente de cualquier cosa que haya aparecido antes. Una vez ajustado, el brazo usa vibraciones y una ilusión sensorial para dar a los usuarios una sensación natural de su apéndice robótico moviéndose a través del espacio. Incluso con los ojos vendados y los audífonos con cancelación de ruido, Anderson intuitivamente sabía lo que estaba haciendo su brazo robótico.

«Fue algo surrealista», dijo.

El sexto sentido

No se discute que las prótesis han recorrido un largo camino. Controlar una extremidad robótica con las ondas cerebrales era imposible hace solo una década; ahora parece de rutina. Más que nunca, los científicos están reuniendo mayor cantidad de equipos de motores y sensores compactos en las extremidades de reemplazo.

El resultado son apéndices biónicos sofisticados capaces de movimientos finos y diestros. Algunos incluso pueden enviar sentimientos de contacto a su usuario, cerrando el ciclo de acción a sensación.

Pero hay un problema: sin un visual directo, el usuario no tiene absolutamente ninguna idea de lo que está haciendo su brazo biónico. No saben dónde está el brazo en el espacio, qué tan rápido se mueve o adónde va.

Este sentido intuitivo de posicionamiento corporal, denominado cinestesia, ha sido difícil de incorporar a las prótesis. No es táctil: la cinestesia utiliza la retroalimentación de las articulaciones y los músculos para calcular dónde están las extremidades, incluso sin retroalimentación táctil directa.

Sin embargo, al igual que el tacto, la cinestesia es esencial para el control motor fino: esta es la sensación que le permite meter un puñado de palomitas de maíz en la boca mientras mantiene la vista en la pantalla grande. Está detrás de acciones aparentemente mundanas, como rascarse la espalda o atrapar una pelota. No puedes realizar múltiples tareas sin él.

«Alguien con una mano protésica, ya que no puede sentir el movimiento de su dispositivo, esencialmente tiene que compensar [eso] con visión», dijo el autor principal, el Dr. Paul Marasco de la Clínica Cleveland, que colaboró ​​con la Universidad de Alberta y la Universidad de New Brunswick. Esto mata cualquier sentido de propiedad del brazo.

Buenas vibraciones

El nuevo dispositivo restaura la cinestesia usando un truco corporal muy inteligente.

Cuando haces vibrar un tendón de 70 a 115 Hz, se siente como si la articulación asociada se estuviera moviendo. La ilusión es lo suficientemente fuerte como para que la persona piense que sus extremidades están retorcidas en posiciones imposibles o que su nariz está creciendo como la de Pinocho. Al hacer vibrar múltiples tendones, los científicos pueden inducir la sensación de movimientos complejos de los brazos en el espacio sin que nada se mueva físicamente.

Los científicos han sabido sobre este fenómeno, apodado la ilusión cinestésica inducida por la vibración, desde la década de 1970, pero nadie lo había probado antes en amputados.

Los voluntarios en este estudio se habían sometido previamente a una cirugía para reconectar los nervios restantes en la parte superior de sus cuerpos a otros músculos. Por ejemplo, el nervio que normalmente controla el codo está conectado a los músculos del pecho. Cuando el paciente piensa en mover su codo, el nervio envía la orden al músculo del pecho. Luego, esta actividad es captada por un sensor que, a su vez, indica al codo del brazo protésico que se mueva en consecuencia.

 

El equipo primero hizo vibrar los tendones de pecho, bíceps y tríceps de los voluntarios, donde se redirigieron los nervios restantes, y les pidió que imitaran los movimientos percibidos en sus manos faltantes con las restantes.

Increíblemente, diferentes paradigmas de vibración fueron mapeados en una biblioteca de movimientos complejos de la mano. Por ejemplo, la estimulación del bíceps en la mayoría de los pacientes generó el «agarre cilíndrico», en el cual la mano se aprieta flojamente como si estuviera envolviendo un tubo. Otros movimientos incluyeron el pulgar y el dedo índice «pellizco fino», o el pulgar, el medio y el dedo índice «pellizco».

En total, el equipo identificó 22 movimientos de manos o preceptos diferentes.

“Pensamos que si funcionaba como lo hacía en una persona sana, simplemente tendríamos una o dos articulaciones; tendríamos una muñeca, algo básico ”, dijo Marasco. «Nos derribaron».

Una interfaz cinestésica

El siguiente paso fue poner esta biblioteca en uso. El equipo desarrolló una interfaz máquina-neural con dos líneas de comunicación. Cuando el paciente piensa en mover el brazo biónico, la señal se recoge del músculo reinervado para controlar la prótesis. Al mismo tiempo, también activa un motor pequeño pero poderoso para hacer vibrar el músculo, generando la ilusión cinestésica.

La mejora fue evidente en minutos. Utilizando un software de simulación por computadora, los voluntarios podían cerrar fácilmente sus manos protésicas virtuales un cuarto, mitad o tres cuartos del camino sin mirar la mano. En contraste, con las vibraciones apagadas, tuvieron un rendimiento significativamente peor: un paciente casi no tenía sentido de la posición de la mano sin agregar el truco.

La retroalimentación cinestésica fue aún más poderosa que la visión para el control motor fino. Cuando se les pidió que atraparan una pelota virtual con sus manos virtuales, los reflejos cinestésicos se activaron mucho más rápido que la retroalimentación visual, lo que permitió a los voluntarios comunicarse de manera precisa e intuitiva.

Insatisfecho con solo una prueba de concepto, el equipo manipuló luego una mano protésica física con su motor de vibración. El estándar clínico para un accesorio de mano biónico es un receptáculo de plástico rígido con espacio limitado, explicaron los autores. El sector inmobiliario es limitado, pero es posible aprovechar al máximo todos sus componentes.

Los resultados fueron notables. Incluso con los ojos vendados y los auriculares con cancelación de ruido para bloquear el mundo, los voluntarios siguieron fácilmente las instrucciones para cerrar la mano biónica en una empuñadura cilíndrica. Además, no tuvieron problemas para informar el estado de las prótesis, ya sea que estuvieran abiertas o cerradas.

«Un amputado normal se pierde por completo con una venda en los ojos», explicó Marasco, «y ni siquiera puede hacer la prueba».

El reemplazo definitivo

Con el sentido restaurado de la cinestesia llegó un sentido de propiedad. Las vibraciones desdibujaron las líneas entre lo que es «uno mismo» y lo que es «máquina» en el cerebro de los pacientes. La mano biónica no solo se sentía como una mano, se sentía como la suya.

«Hice reconocimiento de patrones durante años, entrenándome para operar una mano protésica, y eso fue genial», dijo un participante. «¿Pero esto? Esto llevará las cosas a un nivel completamente diferente «.

El Dr. Dustin Tyler, quien previamente había trabajado en manos protésicas con sentido del tacto, encontró el trabajo fascinante. «Si me hubieras preguntado antes, habría dicho que es poco probable que funcione», dijo el bioingeniero, que trabaja en el Centro Médico de Asuntos de Veteranos Louis Stokes Cleveland.

Marasco y su equipo ahora están trabajando para extender la técnica a otros tipos de lesiones, como aquellas que habían perdido una pierna o aquellas con problemas de movimiento debido a un derrame cerebral. También está trabajando en la integración del hardware de vibración con brazos protésicos en un sistema fácil de usar para que los pacientes operen solos.

El objetivo final es integrar las extremidades biónicas como parte de los pacientes, dijo Marasco. Eso requiere tacto, movimiento, temperatura, cinestesia y una gran cantidad de otros sentidos para correr simultáneamente en el mismo brazo biónico.

De esta manera, «[cuando] piensan en mover el brazo, sienten que se mueve por el espacio y cuando agarran algo, sienten ese toque como si fuera suyo», dijo. «Esa es la siguiente parte de esto, integrar estas piezas en un todo».

Prótesis biónicas en Colombia

Según la Asociación Colombiana de Medicina Física y Rehabilitación, en el país, por cada 100 mil habitante, 250 personas son amputadas. La mayoría de estas se deben a accidentes de tránsito, violencia común, accidentes laborales, conflicto armado, minas antipersona, congelación y quemaduras. Por esta razón científicos e ingenieros se han unido para crear mejores extensiones protésicas.

El proyecto Promanu desarrollado por Facultad de Ingeniería Mecatrónica de la Univesidad Nacional de Colombia ha presentado una mano robótica que se mueve por control de voz, y

realiza varias acciones a través de un comando mioeléctrico que efectúa movimientos biomecánicos. También, han utilizado biotecnología y tecnología de impresión tridimensional (3D) para realizar las medidas más rápido, e imprimir todo en una sola pieza. Esto ha reducido el tiempo de creación y los costos de fabricación.

Por su parte, en la ciudad de Medellín, Prótesis Avanzadas se ha enfocado en hacer más accesible las prótesis para las personas. Con las mismas funciones que las mejores prótesis del mundo, en Prótesis Avanzadas se pueden conseguir implantes a 12 millones de pesos; mientras que las importadas pueden costar hasta 200 millones de pesos.

Por último, de Cali, Álvaro Ríos, líder de HAT (Human Assistive Technologies) propone brindarle al paciente un control independiente de los cinco dedos y retroalimentación sensorial. En su proyecto, Ríos incorpora IA,  Biotecnología y Electrónica, con la finalidad de hacer las extremidades protésicas más cercanas, tanto a los movimientos y acciones de una extremidad natural biológica, como a la estética de las mismas.

*Este escrito es una adaptación de “New Bionic Arm Blurs Line Between Self and Machine for Wearers” de Shelly Xuelai Fan, una neurocientífica convertida en escritora científica. Completó su doctorado en neurociencia en la Universidad de Columbia Británica, donde desarrolló nuevos tratamientos para la neurodegeneración. Después de graduarse, se mudó a la UCSF para estudiar los factores a base de sangre que rejuvenecen los cerebros envejecidos.

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