De la ficciรณn a la realidad
Exoesqueletos
Dentro de la población es una situación constante la presencia de individuos que sufren accidentes o enfermedades de distinta índole, o simplemente la vejez, que los llevan a quedar incapacitados para hacer sus actividades cotidianas con normalidad. Estos individuos comienzan a depender de prótesis, muletas, una silla de ruedas, como también de la ayuda de otras personas. El proceso de pérdida de sus funciones motoras, para el afectado, implica muchas veces una pérdida de su independencia, lo cual les impacta no solo físicamente sino que emocionalmente. Ante esta situación, ingenieros de distintas compañías han creado dispositivos robóticos que ayudan a las personas con limitaciones crónicas o degenerativas a recuperar parte de su movilidad y por medio de este proceso retomar su valencia propia.
Exoesqueleto como prótesis Uno de estos dispositivos robóticos es el exoesqueleto mecánico o también conocido como exoesqueleto de potencia, exoesqueleto robótico o exotraje, el cual es una máquina móvil que actúa de igual forma que un traje o armazón externo, aplicándose sobre el cuerpo del paciente. Este exotraje o exoesqueleto posee un sistema de motores que le entregan energía para mover a este mismo traje (y al paciente que lo lleva puesto). Su función principal es ayudar y promover el movimiento del paciente, ya sea para caminar u otras maniobras físicas que requieran fuerza.
Funcionamiento del exoesqueleto Su funcionamiento se basa en una serie de sensores biométricos que detectan las señales nerviosas que el cerebro envía a los músculos de las extremidades, cuando ya vamos a dar un paso o iniciar la marcha. Este exoesqueleto procesa esta información y responde a estas señales, haciendo que el exoesqueleto se mueva con relativa armonía, actuando y generando el movimiento en una fracción de segundo.
Su origen
Su origen El origen de este exoesqueleto es variado, y depende de la empresa (ya que son varias) que lo haya desarrollado. Por un lado, la creación de estos exoesqueletos se dio a partir de la idea de ayudar a militares estadounidenses a aumentar su fuerza o a contrarrestar los efectos de las amputaciones o discapacidades que sufrieran luego de ir a la guerra. Por otro lado, otras empresas lo han desarrollado con el fin de ayudar a ancianos a poder andar, o a discapacitados adultos que también necesiten ayuda para poder moverse. Para ser más específico, en la década de los sesenta, un ingeniero llamado Ralph Mosher diseñó el primer proyecto serio de un exoesqueleto robótico el cual podía brindarle al usuario la posibilidad de cargar más de mil quinientos kilos sin ninguna dificultad. La idea de la empresa donde trabajaba Mosher fue de usarlo a futuro en portaaviones para la carga de bombas, construcción, en el espacio exterior y centrales nucleares. Lamentablemente, el experimento fracasó debido a la mala coordinación de los movimientos del robot.
Su desarrollo Al pasar los años, muchos trataron de seguir con la idea de Ralph Mosher como Monthy Reed, del Instituto de Tecnología de Kanagawa en Japón y Yoshiyuki Sankai. En el caso de Reed, fue el primer diseñador en trabajar en un traje robótico para ser utilizado como una herramienta de rehabilitación, combinando un tanque de buceo con una mochila cohete. Este traje dio resultado para su propósito por lo que se han concretado actualizaciones de este. El instituto de tecnología de Kanagawa dio un paso adelante al diseñar un traje estaba destinado a simplificar el trabajo de las enfermeras. Este traje era controlado desde un computador el cual ajustaba a través de sensores el esfuerzo de los pacientes. Gracias a esto, una enfermera de sesenta y siete kilos podía levantar a un paciente del mismo peso sin ninguna dificultad. Por último, Yoshiyuki Sankai quien fue investigador de robótica de la Universidad de Tsukuba en Japón y fundador de la empresa Cyberdyne ha trabajado desde el año dos mil dos en exoesqueletos para ayudar a ancianos y discapacitados. Su revolución fue crear un exoesqueleto extremadamente liviano y con un potencial de multiplicar la fuerza del usuario desde dos hasta diez veces.
Mecanismo Se basa en las nuevas tecnologías “Brain Computer Interface” (BCI), la cual permite la interacción de la mente humana con el exoesqueleto. Por medio de las BCI el paciente toma la iniciativa de “tengo que caminar”, esta iniciativa es procesada, cuantificada y ejecutada por un computador anexo al exoesqueleto. El exoesqueleto al recibir la información ejecuta la acción y devuelve retroalimentación sensorial a el individuo. De esta forma el paciente se involucra en su propia terapia y genera una simbiosis con su nuevo aparato motor. Cuando se genera una lesión en una porción del cuerpo, el cerebro actúa de forma eficiente “olvidando” a esta zona, el proceso de reconexión del cerebro con la zona afectada es favorecido de forma casi inmediata por el uso de estos elementos terapéuticos, ahí yace el verdadero potencial del software BCI. Como la gran mayoría de los avances tecnológicos de nuestra era el uso de exoesqueletos fue inicialmente usado para el área militar. Durante este periodo inicial se llegaron a grandes avances que posteriormente generaron la posibilidad de su uso terapéutico en el ámbito médico. Desde entonces múltiples compañías han tomado la iniciativa de emprender y generar múltiples productos en torno al mejoramiento de este implemento terapéutico.
Organizaciones que los han desarrollado Dentro de las organizaciones que los han desarrollado tenemos a SuitX, con su exoesqueleto denominado Phoenix. SuitX es una empresa comandada por Homayoon Kazerooni, uno de los mayores expertos en el mundo sobre exoesqueletos. Kazerooni es director del laboratorio de robótica e ingeniería humana de la universidad de California-Berkeley y fundador de SuitX. El exotraje o exoesqueleto que Kazerooni y su equipo han desarrollado durante 30 años de investigación es ligero y asequible. Entre sus funciones permite a los pacientes con movilidad reducida abandonar la silla de ruedas y caminar nuevamente, gracias a los motores que este traje incorpora a nivel de las caderas. Los pacientes pueden controlar el movimiento de sus piernas y caminar a una velocidad de uno punto siete kilómetros por hora. Phoenix, finalmente, es regulable en altura, puede conectarse con un dispositivo electrónico, como un teléfono o tablet, y tiene 8 horas de batería. Otro traje que llama mucho la atención es el Berkeley Lower Extremity Exoskeleton o BLEEX, el cual fue diseñado por DARPA o Defense Advanced Research Project Agency. La finalidad de este exoesqueleto es entregarle al usuario la fuerza suficiente para poder llevar cargas pesadas. La particularidad de este traje es que lleva consigo una mochila la cual pesa cincuenta kilos. A pesar de esto, el usuario no se da cuenta de su peso debido a que la máquina la sostiene sin ningún problema.
BCI, Interface cerebro-computador. La idea detrás de este tipo de tecnología es muy simple y al alcance de cualquiera: se trata de conseguir transformar nuestros pensamientos en acciones reales alrededor de nuestro entorno. A pesar de que es un concepto sencillo, el reto tecnológico es enorme dado que involucra un conjunto fuertemente multidisciplinar de conocimiento como es la intersección de las neurociencias, la ingeniería biomédica y las ciencias de la computación La pregunta entonces es; ¿qué es una interfaz cerebro-computador? A groso modo, es un sistema de ingeniería capaz de traducir nuestras intenciones en interacción real con un mundo físico o virtual. El funcionamiento básico de una BCI es medir la actividad cerebral, procesarla para obtener las características de interés, y una vez obtenidas interaccionar con el entorno de la forma deseada por el usuario La BCI tiene la capacidad de construir un canal de comunicación natural para el hombre con la maquina dado que traduce las intenciones directamente en órdenes. La BCI vista como máquina que traduce intenciones humanas en acciones tiene al menos tres partes bien diferenciadas:
1. Sensor: es el encargado de recoger la actividad cerebral. La gran mayoría de modalidades sensoriales utilizadas en BCI provienen de aplicaciones clínicas, como son el electroencefalograma, la imagen por resonancia magnética funcional, etc.
2. Motor de Procesamiento de Señal: este módulo recoge la señal resultado de medir la actividad cerebral y aplica unos filtros para decodificar el proceso neurofisiológico que refleja la intención del usuario.
3. Acción: es el módulo de interacción con el entorno y da forma a la aplicación final de la BCI. Puede ser mover una silla de ruedas o escribir con el pensamiento en una pantalla de ordenador
El BCI, consta de un complejo proceso de poder captar y monitorear el funcionamiento de las neuronas de nuestro sistema nervioso central para así poder transferirlas al sistema y posteriormente generar la acción deseada por el usuario. Para esto existen dos métodos. El primero, un alcance menos invasivo, este consta de monitorear la actividad cerebral por medio de una resonancia magnética y por medio de este monitoreo, traducir señales del cerebro a la computadora. Este método no requiere una intervención quirúrgica en el paciente por lo que implica pocos riesgos, a costa de un funcionamiento más irregular. Por otro lado, existe un método quirúrgico donde electrodos son implantados en la corteza cerebral del paciente. Este método implica mayores riesgos pero a la vez una mayor efectividad.
Latinoamérica no se queda atrás En el caso de Latinoamérica, académicos y egresados de la carrera en ingeniería mecatrónica de la Universidad Nacional Autónoma de México han desarrollado durante el año dos mil dieciséis un exoesqueleto que ayuda a la movilidad de los pacientes que tienen una lesión medular completa junto con los paciente que tienen problemas con el movimiento de sus extremidades inferiores. La ventaja de este modelo es que le permite al usuario el movimiento de caderas, rodillas y tobillos. Esto le da una mayor movilidad en comparación a otros modelos del mercado, los cuales solo tienen movimiento en una articulación. Además, permite caminar en superficies planas con un desplazamiento de un paso cada 12 segundos y subir pendientes de 10 a 20 grados. El modelo está diseñado para personas que miden entre 1.60 y 1.80 metros, con un peso máximo de 80 kilos, aunque pueden realizarse ajustes.
El uso debe ser validado por un médico, que también determina los movimientos y la velocidad de los mismos, así como el tiempo de utilización. Precisó que el equipo ha sido asesorado por el Laboratorio de Análisis del Movimiento del Instituto Nacional de Rehabilitación. Billy Flores, coordinador de la licenciatura en ingeniería mecatrónica, explicó que el propósito es que el exoesqueleto sea utilizado en primera instancia en terapias y tratamientos de rehabilitación en las instalaciones de salud y, más adelante, para el uso en hogares o espacios abiertos.
El costo Este modelo cuesta entre diez mil y quince mil dólares, lo que lo hace más asequible para la gente de la región y sus alrededores, al no tener que importar otros prototipos más caros y menos eficientes.
Su valoración Un ejemplo puntual de su valoración y uso en la medicina se observa de parte de Yekaterina Beréziy directora y gerente del proyecto ruso “Sputnik”, en su explicación de su nuevo producto, ExoAtlet, denota que este; permite a las personas recuperar el funcionamiento de sus órganos internos, como primera instancia, y en un caso óptimo generar una restauración parcial, o bien total de la función motora del individuo. La magnitud de los avances logrados en el desarrollo de este producto han llevado a que este pueda ser ajustado a la necesidad del paciente, acorde a sus necesidades generando así, un procedimiento terapéutico personalizado y eficiente. A su vez la empresa rusa denoto la
presencia de dos versiones del innovador producto: una para el hogar y otra para el uso hospitalario. Por medio de estas dos variedades será posible llevar este producto tanto al ámbito público como al de instituciones de rehabilitación privada para así hacer llegar de sus beneficios a todo aquel que los requiere
También para niños El exoesqueleto, si bien nació como invento para ancianos y adultos (y adultos militares), también puede utilizarse en niños. Tal como el caso de WREX, un invento creado por un grupo de investigadores que permite a niños discapacitados coger o tomar objetos. Este
WREX es una prótesis creada a partir de una impresión en 3D. Esta forma de crearla le permite ser muy utilizada por niños, ya que al seguir creciendo, las piezas de la prótesis pueden seguir siendo impresas, y así ayudar y promover una vida relativamente más normal para los pequeños que la utilicen.
Sus contras La historia de estos dispositivos lleva muchos años pero su evolución no ha sido la esperada, su estancamiento se debe a distintas causas entre las cuales están las señales que debe transmitir la persona para que el traje realice movimientos, las cuales a veces podrían no ser las adecuadas y no le permitirían a la persona realizar el movimiento que desea, por otro lado está el tema de la comodidad, el ruido de los motores el cual puede ser molesto para su uso cotidiano, y también la necesidad de una fuente de energía para que los motores funcionen, lo que podría implicar la utilización de baterías que el mismo usuario debería transportar. Todo esto ha motivado la búsqueda de soluciones para estas prótesis manteniendo las condiciones de operatividad y de estética. Con respecto a su valor, por ahora es cercano a los 40.000 dólares, una cifra muy por debajo de inventos similares que llegan a superar los 100.000 dólares. En tiempo inmediato siguen teniendo un elevado costo y necesitan de una gran cantidad de energía por lo tanto no sería conveniente utilizarlo individualmente en casa salvo de que la persona tenga mucho dinero. A futuro podría ser utilizado por todas las personas que utilizan sillas de ruedas si la tecnología sigue evolucionando y convierte a los exoesqueletos en una herramienta clínica de uso común, sería cuestión de tiempo. Si es que los exoesqueletos llegarán a ser masivos a futuro, habría una complicación no menor, que sería el dejar sin trabajo a muchos especialistas en rehabilitación, lo que podría generar problemas en el terreno de los avances tecnológicos.
Sus beneficios Finalmente, el exoesqueleto es una solución efectiva que tiene bastantes beneficios aparte del hecho de darle a la persona discapacitada más independencia. Al reducir el tiempo sentado se conlleva a una disminución de problemas de la piel y flujo sanguíneo. Caminar aumenta la circulación y conlleva a frecuencias cardiacas y pulmonares mayores en comparación a estar sentado en una silla de ruedas. La carga en las piernas puede ayudar a contraatacar la osteoporosis ya que los huesos se fortalecen si se les pone peso. Por lo tanto se podría decir que el exoesqueleto podría reducir las hospitalizaciones de pacientes en silla de ruedas con problemas en la piel, vías urinarias, sistema cardiovascular, respiratorio y digestivo y así reducir los costos en el cuidado de su salud y aumentar la expectativa de vida de los pacientes