Tecnología para la superación: piernas biónicas para escalar y un 'cyborg' que escucha los colores

“Ayer me aseguré de rasurar bien mis piernas porque sabía que hoy iba a lucirlas”, bromeaba recientemente Hugh Herr sobre el escenario de la reunión anual que la plataforma TED dedica a la innovación. Efectivamente, Herr llevaba unos pantalones cortos que dejaban a la vista un par de miembros que, sin embargo, no podrían tener un solo pelo aunque su portador lo deseara con todas sus fuerzas. Lo que permite andar a este ingeniero estadounidense no es otra cosa que un par de extremidades biónicas.

El director del grupo de biomecánica del ‘Media Lab’, en el Massachussets Institute of Technology (MIT, por sus siglas en inglés), aseguró durante su charla en el popular evento que “la electromecánica integrada o implantada en el cuerpo está empezando a derribar la barrera entre capacidad y discapacidad, entre las limitaciones del ser humano y su potencial”. Para encontrar un ejemplo solo le hizo falta señalarse a sí mismo porque, además de diseñar miembros biónicos en los laboratorios del MIT, los lleva puestos.

Herr perdió sus piernas después de sufrir una congelación en 1982, cuando tuvo un accidente mientras hacía escalada. Una vez recuperado, comenzó a investigar en el campo de las prótesis impulsado por la idea de que el cuerpo humano nunca se rompe, lo único que falla es la tecnología disponible. Con ayuda de un nutrido equipo de ingenieros y científicos, logró fabricarse unos miembros especiales que no solo le han permitido volver a practicar el deporte que le apasiona, sino que, según él, lo hace incluso mejor que antes.

“Las partes artificiales de mi cuerpo son maleables, pueden tomar cualquier forma, cualquier función, para crear estructuras que podrían incluso ir más allá de las capacidades biológicas”, recalcaba Herr. Ahora puede regular su estatura y escalar paredes de hielo verticales colocándose unos pies prostéticos que llevan clavos. “Volví al deporte más fuerte; la tecnología había eliminado mi discapacidad y me había permitido adquirir nuevas destrezas”.

El cuerpo humano como fuente de inspiración

Lo que hace posible que el estadounidense pueda llevar a cabo sin problema todas estas actividades es BIOMs, la prótesis biónica que han desarrollado en el MIT y que ya utilizan cerca de un millar de pacientes. Entre ellos se cuenta Adrianne Haslet-Davis, una superviviente del atentado de la Maratón de Boston en 2013. La bailarina estuvo a punto de abandonar su profesión definitivamente después de perder su pierna izquierda en la explosión, pero gracias a la tecnología ideada por Herr y su grupo ha podido retomarla. Sus articulaciones prostéticas están programadas para tensarse y flexionarse cuando lo necesita.

Este tipo de tecnología se basa en la biomecánica, el estudio del movimiento del cuerpo humano: cuando el talón de BIOMs se apoya en el suelo, el sistema informático que conecta todas sus partes con un microprocesador controla la rigidez para atenuar el golpe, y luego hace que el pie sea impulsado de nuevo hacia arriba.

Para construir y diseñar el invento, Herr y su equipo han estudiado cómo actúan los músculos y la forma en que se comunican con la médula espinal, para aplicar la información al desarrollo de los chips que integran las prótesis. “La extremidad artificial está recubierta por electrodos que miden el pulso eléctrico de mis músculos”, explicaba en TED el ingeniero. De esta manera, cuando piensa en mover la pierna, el sistema robótico le permite hacerlo como si fuera de carne y hueso.

Eduardo Fernández, profesor e investigador en bioingeniería de la Universidad Miguel Hernández de Elche, explica que, tanto en los dispositivos electrónicos como en los sistemas biológicos, las señales que se producen son parecidas. “En las células se mueven iones y en los circuitos se transportan electrones, pero en ambos casos son impulsos eléctricos”. Además, afirma que poner en contacto ambos tipos de corrientes no es tan novedoso porque, después de todo, es la base de algunos viejos conocidos como el marcapasos.

Una llamada de atención a las neuronas

Si para las extremidades inferiores son importantes las sensaciones, ni qué decir tiene para las superiores. En el Laboratorio Bensmaia han desarrollado un método para trasladar la información desde una mano robótica al cerebro y viceversa. “Cada vez que tocamos algo, una parte del cortex recibe señales sensoriales”, indica Sliman Bensamia, líder del proyecto Lifehand 2. “Una forma de restaurar la sensibilidad en personas que la han perdido es provocar esa actividad neuronal a través de estimulación eléctrica”.

Las prótesis diseñadas por el neurocientífico y su grupo de investigación contienen receptores que recogen información cuando entran en contacto con una superficie. “La idea es trasladar estas sensaciones artificiales al cerebro provocando una percepción real”. Las señales son traducidas mediante modelos informáticos y la estimulación de las neuronas se realiza directamente mediante un chip que se implanta en el interior del cráneo. Bensamaia indica que su prototipo aún está en fase de ensayo clínico y hay que esperar a conocer los resultados definitivos.

Incluso la agencia de investigación DARPA, del Departamento de Defensa de Estados Unidos, ha financiado un programa en prostética. Científicos de diferentes empresas, (entre ellas Kinea Design) y universidades como la Johns Hopkins, han trabajado en el desarrollo de extremidades artificiales capaces de transmitir sensaciones.

Después de ocho años de estudios y ensayos, la autoridad que regula los productos sanitarios en EE.UU. (la FDA, por sus siglas en inglés) dio en mayo el visto bueno a una prótesis fruto del trabajo de estos investigadores. Aunque teóricamente ya puede ser comercializada, su precio seguramente no esté al alcance de todos los bolsillos. La mano robótica, bautizada como ‘Luke’ en honor al personaje de la Guerra de las Galaxias, dispone de un complejo sistema de sensores que detectan las contracciones del músculo y las transforman en movimiento. Es tan precisa que permite girar una llave o sujetar un huevo. Su desarrollo es responsabilidad de la empresa Deka Integrated Solutions, cuyo fundador es Dean Kamen, conocido por ser el padre de los vehículos de dos ruedas que se conducen de pie: los famosos Segway.

Una dificultad extra a la hora de fabricar estos miembros artificiales es su integración en el cuerpo humano. “Mis piernas biónicas están unidas al cuerpo mediante piel sintética con diferente grado de rigidez”, afirmaba Herr. Primero, los expertos tuvieron que desarrollar un modelo matemático a partir de imágenes generadas por resonancia magnética y de los datos sobre la geometría de la extremidad. El resultado fue la delimitación de diferentes zonas en función de la elasticidad de la piel, para encontrar así los puntos de inserción adecuados.

“En el futuro, no solo las prótesis, sino también los zapatos y la ropa, van a ser diseñados a partir de datos”, vaticinaba el investigador del MIT. En el laboratorio, también trabajan para fabricar piel sintética con materiales inteligentes. Un ejemplo es el prototipo producido por la empresa estadounidense SRI International, que puede pasar de ser flexible como un papel a totalmente rígido en función de la carga electrostática que se le aplique.

Sentidos artificiales

Más allá de las extremidades y miembros biónicos, hay un área de la bioelectrónica que no para de evolucionar: los órganos de los sentidos. La incapacidad de muchas personas para distinguir imágenes o sonidos ha servido de inspiración a muchos científicos y empresas tecnológicas que se dedican a intentar solventar, o al menos aminorar, estos problemas.

En el oído interno, la cóclea es la parte que actúa como transformador de los sonidos en señales entendibles por el cerebro. Los implantes que se integran en esta zona suplantan su papel de traductor y pueden devolver la audición a aquellas personas que tengan el nervio auditivo intacto. “Hace 20 años uno pensaba que este tipo de prótesis eran ciencia ficción y ahora son una realidad”, admite Manuel Marmierca, investigador en el Instituto de Neurociencias de Castilla y León. “Es como cuando uno se pone gafas y ve bien”, añade.

Los denominados implantes cocleares constan de dos partes: un micrófono que recoge las ondas sonoras y que se coloca en la oreja, y otro dispositivo que se integra con microcirugía dentro del oído y envía las señales eléctricas al cerebro. “Son prótesis bioinspiradas, basadas en procesos biológicos”, aclara Malmierca.

“En el caso de las enfermedades oculares hay varias posibilidades”, asegura por su parte el investigador de la universidad alicantina. “Algunos grupos están desarrollando un microchip con electrodos que se inserta en la retina”. Otra de las aproximaciones que señala Fernández implicaría hacer lo mismo en la parte del cerebro que recibe la información del nervio óptico. El experto asegura que cada vez tenemos dispositivos de microelectrodos más pequeños y sistemas más potentes, aunque siguen encontrándose muchas dificultades.

Una de esas trabas es la cantidad de información que es posible procesar y la forma de hacerlo. En cada ojo tenemos alrededor 1.200.000 terminaciones neuronales que conducen los impulsos al cerebro, mientras que los implantes actuales suelen incluir unos 60 electrodos. Fernández cree que “ambas cifras no son comparables”. Además, aún no se conoce muy bien la forma en que la retina detecta y asimila el movimiento, las texturas o los colores.

Una antena biónica con conexión a internet

Malmierca aproxima los colores y los sonidos con un ejemplo: “imagina que una persona viera en blanco y negro: aún así, podría distinguir entre un gato y un hombre”. Según el investigador, algo parecido ocurre cuando una persona no escucha bien, que oye “en blanco y negro”. Casualidad o no, el símil va más allá de una ocurrente idea, porque existe un caso real en el que la tecnología ha permitido mezclar ambos tipos de percepciones

“Conocí a Neil Harbisson a través de un amigo y me dijo que estaba buscando un ingeniero para desarrollar una nueva versión de su proyecto Eyeborg”, cuenta Matías Lizana, un informático catalán que aplica sus conocimientos en inteligencia a la artificial a la música y el mundo multimedia. Eyeborg es el nombre del dispositivo que utiliza la persona a la que se refiere Lizana, un artista también catalán, que nació con acromatopsia, una disfunción congénita que le impedía distinguir más tonalidades que el blanco y el negro. Desde 2003, Harbisson escucha los colores mediante una especie de antena.

“La primera versión se conectaba a un ordenador que llevaba en la mochila”, dice Lizana sobre los inicios. Después, todo se redujo a un chip o microprocesador que Harbisson lleva implantado y que se conecta, además de a una batería que debe recargar, a una cámara y unos auriculares. “El sensor que llevo delante capta las frecuencias de luz de cada color y el chip las transforma en sonidos”, explica el artista. Él mismo definió la relación entre cada tonalidad y su firma sonora.

Lizana es el responsable del desarrollo de la actualización de 2010, pero el aparato ha experimentado numerosos cambios desde entonces. Harbisson se refiere a la última de sus nuevas capacidades: “desde 2013 tiene Bluetooth, lo que me permite conectarme a wifi”. En la presentación de esta ventaja cibernética, que tuvo lugar en Londres, participaron personas de todo el mundo. “Me enviaron imágenes de Times Square desde Nueva York y había un pintor en Australia que me mandaba colores. Era la primera vez que mi cabeza se conectaba a internet”. De momento él no puede responder a sus admiradores. De momento.

EL ‘cyborg’ catalán cree que la principal desventaja de tener “una parte cibernética” en el cuerpo es la dependencia de la electricidad. “Aún tengo que enchufarme, pero ya estamos trabajando para que en vez de energía externa pueda usar la generada por mi propio flujo sanguíneo”. Para ello, quiere implantarse una diminuta turbina dentro de una de las venas de su cuello.

Donde Harbisson nota las verdaderas diferencias que lo separan del resto de las personas es en la calle. “La sociedad todavía no está acostumbrada al hecho de que haya gente que tenga tecnología como parte de su cuerpo, lo ven como algo negativo y antinatural”, asegura. A pesar de ello, cree que poco a poco se va perdiendo el miedo y las nuevas generaciones explorarán este campo más profundamente.

Como anécdota y prueba de que esta evolución del pensamiento está estrechamente relacionada con los avances del momento, el artista habla sobre las distintas reacciones que ha observado en los que le rodean. “En 2004 creían que la antena era una luz para leer; en 2006 que era un micrófono; en 2009 pensaban que era un móvil con Bluetooth y la última vez, en Venecia, la gente decía que trabajaba para Google Street View y que estaba recogiendo imágenes de la ciudad”.

Mitos, realidades y distintos puntos de vista

El caso de Harbisson es sin duda excepcional, pero al fin y al cabo solo muestra una aplicación más de la tecnología al servicio del cuerpo humano. Ya se habla de verdaderos ‘cyborgs’ que, como el artista catalán, caminan junto al resto de personas corrientes. Herr es de los que creen que se aproxima una era en que las partes robóticas que se integran en el organismo serán el pan de cada día. “Las máquinas integradas en nuestro cuerpo nos harán más fuertes, más rápidos y más eficientes”, aseguraba en su ferviente discurso.

El ingeniero del MIT está convencido de que la electromecánica no solo permitirá combatir problemas como la pérdida de algún miembro, sino que incluso la gente sana utilizará habitualmente algún tipo de aparato biónico simplemente para potenciar sus capacidades. “Están estudiando cómo aplicar los exoesqueletos a personas normales, así no tendrían que hacer ningún esfuerzo y reducirían el gasto metabólico de caminar”, afirma. “Cuando alguien lleva uno durante 40 minutos y luego se lo quita, sus propias piernas le parecen muy pesadas”.

También hay quien no es tan atrevido a la hora de hacer predicciones. Eduardo Fernández prefiere no adelantar acontecimientos y advierte que, cuando se trata de problemas graves, hay que ser especialmente cautos para no provocar falsas expectativas. Al menos en el campo de la visión artificial, “la mayoría de estudios se encuentran en fase de ensayo clínico y en cuanto a retinas artificiales, hoy por hoy aún hablamos de investigación”, recalca.

Quizá la opinión de Lizana represente la postura intermedia al afirmar que no hace falta buscar los extremos, solo un equilibrio moral. “En determinados momentos tendremos que atrevernos a probar este tipo de tecnologías, pues posiblemente mejorarán nuestra calidad de vida”, afirma. ¿Quién será el próximo valiente?

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Las imágenes de este artículo son propiedad, por orden de aparición, de Besmaia Lab, Steve Jurvetson, Universitá Campus Bio-Medico di Roma, dekaresearch.com, Jerry Michalski, Campus Party Mexico