Nueva mano protésica blanda ofrece una interfaz biónica natural

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Los recientes avances tecnológicos han abierto nuevas posibilidades para el desarrollo de herramientas médicas y de asistencia, incluidas las prótesis de miembros.

Si bien estas extremidades solían ser objetos duros con la misma forma que las extremidades, las prótesis ahora son más blandas y parecen más realistas, y algunas también integran componentes robóticos que amplían considerablemente sus funciones.

A pesar de estos avances, la mayoría de las extremidades robóticas disponibles comercialmente no pueden ser controladas de manera fácil e intuitiva por los usuarios.

Esto limita significativamente su efectividad y el grado en que pueden mejorar la calidad de vida de las personas.

Investigadores del Instituto Italiano de Tecnología (IIT) y del Imperial College de Londres desarrollaron recientemente una nueva mano protésica blanda que podría ser más fácil de controlar para los usuarios.

Este sistema aprovecha un nuevo enfoque de control que integra los patrones de coordinación de múltiples dedos (es decir, sinergias posturales) con la decodificación de la actividad de las neuronas motoras en la columna vertebral de las personas.

“Nuestro reciente artículo es el resultado de una subvención ERC Synergy, para la que mi grupo en el IIT y el grupo de Dario Farina en el Imperial College de Londres cooperaron para establecer una nueva conexión más ‘natural’ entre los usuarios y sus manos artificiales haciendo que la inteligencia humana y la artificial se comuniquen a través de una conexión neuronal“, dijo Antonio Bicchi, coautor del artículo.

Cuando los humanos completan una tarea manual, normalmente coordinan los movimientos de sus dedos de forma dinámica.

Estos patrones básicos de coordinación se conocen como sinergias posturales.

Bicchi, Farina y sus colaboradores idearon un método para controlar las prótesis que integra las sinergias posturales con la decodificación neuronal de las actividades de las neuronas motoras espinales.

En otras palabras, los patrones de coordinación de los dedos se combinan con el análisis de señales eléctricas que se originan en los sistemas nerviosos de las personas, que se pueden utilizar para predecir los movimientos que les gustaría que realizara la mano robótica en un momento dado.

“La mano está construida con una mezcla de materiales blandos, para la piel, los tendones y los ligamentos, y de materiales rígidos, para los huesos“, explicó Bicchi.

“Los ‘huesos’ artificiales ruedan unos sobre otros, en lugar de girar alrededor de alfileres como hacen normalmente las manos robóticas.

La disposición de los tendones es tal que la mano puede adaptarse a la forma de los objetos que se van a agarrar, reproduciendo así un comportamiento de agarre autónomo e inteligente observado en las manos humanas“.

Una característica única de la mano protésica blanda desarrollada por este equipo de investigadores es que no solo permite a los usuarios agarrar objetos de forma intuitiva, sino también manipularlos de formas específicas.

Por ejemplo, podría permitir a los usuarios no solo agarrar una botella de agua, sino también girar su tapa entre los dedos de la mano robótica para abrirla.

Bicchi, Farina y sus colegas evaluaron el rendimiento de la mano en una serie de experimentos iniciales, en los que participaron tanto personas que poseen todas sus extremidades como personas que necesitan una mano protésica.

Los resultados fueron muy prometedores, ya que se descubrió que la mano permite a los usuarios realizar movimientos complejos de la mano, manipulando objetos de forma más precisa y natural que con otras manos protésicas.

En el futuro, el enfoque de control y el diseño ideados por estos investigadores podrían aplicarse al desarrollo de otras prótesis.

La mano protésica blanda que introdujeron también podría mejorarse aún más y probarse en entornos clínicos, lo que podría contribuir a su comercialización.

“Mostramos que existe una conexión directa entre dos de los niveles en los que se había observado anteriormente una organización inteligente en ‘sinergias’ de la abrumadora multitud y complejidad de las manos humanas“, dijo Bicchi.

“Por un lado, se sabía que la fenomenología del agarre humano exhibía un espacio latente de unos pocos patrones que dominaban el uso diario de las manos.

Por otro lado, la reconstrucción de las señales de las neuronas motoras utilizadas para dar órdenes a la mano desde la médula espinal también mostró un espacio de menor dimensión que reducía su gran dimensionalidad.

Este artículo une estos dos niveles y demuestra la eficacia de utilizar el lenguaje de las neuronas motoras para controlar de forma más natural las manos blandas de inspiración biológica“.

Fuente: Science Robotics