Dos brazos robóticos –en una mano, un tenedor; un cuchillo, en la otra– flanquean a un hombre sentado frente a una mesa, con un trozo de pastel en un plato. Una voz computerizada anuncia cada acción: “mover el tenedor hacia la comida” y “retirar el cuchillo”. El hombre, parcialmente paralizado de cintura para arriba, hace sutiles movimientos con sus puños derecho e izquierdo ante determinadas indicaciones, como “seleccionar lugar de corte”, para que la máquina corte un trozo del tamaño de un bocado. Ahora: “mover la comida a la boca” y otro sutil gesto para alinear el tenedor con su boca. En menos de 90 segundos, una persona con la movilidad de la parte superior del cuerpo muy limitada y que no ha podido utilizar los dedos en unos 30 años, se alimenta utilizando su mente y unas manos robóticas inteligentes.
Un equipo dirigido por investigadores del Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins, en Laurel (Maryland), y del Departamento de Medicina Física y Rehabilitación (PMR) de la Facultad de Medicina de la misma institución, ha publicado el avance este martes en un artículo de la revista Frontiers in Neurorobotics. En él se describe esta última hazaña utilizando una interfaz cerebro-máquina (IMC) y un par de prótesis modulares, señalan los autores del experimento en un comunicado de prensa.
Los sistemas de interfaz cerebro-ordenador proporcionan un enlace de comunicación directa entre el cerebro y un ordenador, que descodifica las señales neuronales y las “traduce” para realizar diversas funciones externas, desde mover un cursor en una pantalla hasta disfrutar de un bocado de pastel. En este experimento concreto, las señales de movimiento muscular del cerebro ayudaron a controlar las prótesis robóticas.
Un nuevo enfoque
El estudio se basó en más de 15 años de investigación en ciencia neuronal, robótica y software, dirigida por el APL en colaboración con el Departamento de PMR, como parte del programa ‘Revolutionizing Prosthetics’, que fue patrocinado originalmente por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de Estados Unidos (DARPA). El nuevo documento describe un innovador modelo de ‘control compartido’ que permite a un humano maniobrar un par de prótesis robóticas con una mínima intervención mental.
Este enfoque de ‘control compartido’ pretende aprovechar las capacidades intrínsecas de la interfaz cerebro-máquina y del sistema robótico, creando un entorno “lo mejor de ambos mundos” en el que el usuario puede personalizar el comportamiento de una prótesis inteligente“, afirma el Francesco Tenore, director de proyectos del Departamento de Investigación y Desarrollo Exploratorio del APL. Tenore, autor principal del artículo, se dedica a la investigación de la interfaz neural y la neurociencia aplicada.
“Aunque nuestros resultados son preliminares, nos entusiasma la idea de dar a los usuarios con capacidades limitadas una verdadera sensación de control sobre máquinas de asistencia cada vez más inteligentes”, añade.
Ayudar a las personas con discapacidad
Uno de los avances más importantes de la robótica que se demuestra en el artículo es la combinación de la autonomía del robot con una intervención humana limitada, en la que la máquina hace la mayor parte del trabajo al tiempo que permite al usuario personalizar el comportamiento del robot a su gusto, según el David Handelman, primer autor del artículo y robotista principal de la Rama de Sistemas Inteligentes del Departamento de Investigación y Desarrollo Exploratorio del APL.
“Para que los robots realicen tareas similares a las de los humanos con funcionalidad reducida, necesitarán una destreza similar a la de los humanos. La destreza humana requiere un control complejo de un esqueleto robótico complejo”, explicó. “Nuestro objetivo es facilitar al usuario el control de las pocas cosas que más importan para tareas específicas”.
Pablo Celnik, investigador principal del proyecto en el departamento de PMR, dijo: “La interacción hombre-máquina demostrada en este proyecto denota las capacidades potenciales que pueden desarrollarse para ayudar a las personas con discapacidad”.
Cerrando el círculo
Aunque el programa de DARPA finalizó oficialmente en agosto de 2020, el equipo del APL y de la Escuela de Medicina Johns Hopkins sigue colaborando con colegas de otras instituciones para demostrar y explorar el potencial de la tecnología.
El siguiente paso del sistema podría integrar investigaciones anteriores que descubrieron que proporcionar estimulación sensorial a los amputados les permitía no sólo percibir su miembro fantasma, sino utilizar las señales de movimiento muscular del cerebro para controlar una prótesis. La teoría es que la adición de la llamada ‘retroalimentación sensorial’ puede ayudar a una persona a realizar algunas tareas sin requerir la constante retroalimentación visual en el experimento actual.
“Esta investigación es un gran ejemplo de esta filosofía en la que sabíamos que teníamos todas las herramientas para demostrar esta compleja actividad cotidiana de las dos manos que las personas sin discapacidad dan por sentada”, dijo Tenore. “Todavía quedan muchos retos por delante, como la mejora de la ejecución de la tarea, tanto en términos de precisión como de tiempo, y el control sin la necesidad constante de retroalimentación visual”. Celnik añadió: “La investigación futura explorará los límites de estas interacciones, incluso más allá de las actividades básicas de la vida diaria”.