Desarrollan una prótesis robótica que se mueve como una mano natural

La pérdida de función en una extremidad o la amputación de la misma pueden ejercer un efecto desmesuradamente negativo en la calidad de vida. Asimismo, la asimilación de una disfunción o una discapacidad comporta un proceso igualmente traumático y a menudo la recuperación resulta larga y ardua, pues los cambios en el estilo de vida a los que obliga una situación así no se producen de la noche a la mañana.

Todas las tareas que hasta ahora se resolvían sin esfuerzo cobran de repente una envergadura distinta. Incluso la pérdida de un brazo no dominante, por ejemplo, implica una carga superior para el restante. Sin embargo, la capacidad para realizar tareas normales no es el único escollo, pues también resulta mermada la propia independencia.

En el caso de la conducción cabe imaginarse lo problemático que puede resultar dirigir el volante y cambiar de marcha al mismo tiempo con una mano. Sin duda desplazarse resulta más complicado en esta nueva situación.

Todos los cambios que se producen tras la pérdida de una extremidad conllevan un efecto emocional parejo al físico. En el pasado estos cambios convertían la vida del paciente en una experiencia mucho más difícil y extenuante.

Por suerte, en la época moderna la calidad de vida no tiene por qué resentirse tras estas lesiones gracias a múltiples progresos tecnológicos modernos que contribuyen a que una persona recobre su confianza e independencia. La robótica desempeña una labor fundamental en este sentido.

Los robots podrían facilitar la vida y facilitar las labores de cocina, el cuidado de los niños o la recepción de visitas. Pero para echarnos una mano deberán estar dotados de unas manos extraordinarias capaces de, por ejemplo, coger un huevo, jugar a lanzar objetos o servir café.

Un diseño revolucionario

La ingeniería ha recogido el guante y en los últimos años se han desarrollado manos robóticas con un nivel extraordinario de destreza, fuerza y sensibilidad.

Uno de los equipos dedicados a este fin está compuesto por investigadores europeos del Centro Científico E. Piaggio de la Universidad de Pisa y el Instituto Italiano de Tecnología de Génova. Su diseño de mano robótica revolucionará el ámbito de las prótesis inteligentes.

De construcción sencilla y sólida y con un precio considerablemente inferior a cualquier otra mano robótica, esta prótesis es capaz de reproducir casi todos los movimientos naturales de una mano natural. La mayoría de las acciones relacionadas con el acto de agarrar se basan en objetos detenidos o fijos. Esta mano va mucho más allá.

Es sólida, dócil y capaz de coger casi todo tipo de objetos mediante un único motor y su precio es de unos pocos cientos de dólares. Gracias a su sencillez y enorme versatilidad puede utilizarse fácilmente como mano robótica y como prótesis. Sus dedos son capaces de soportar un «abuso» físico considerable en forma por ejemplo de golpes y desarticulaciones.

Esta unión de rendimiento, solidez y asequibilidad, apunta Antonio Bicchi, coordinador del Grupo de Investigación Robótica del Centro Científico E. Piaggio y científico sénior del Instituto Italiano de Tecnología en un comunicado de CORDIS, se ha logrado gracias a un diseño revolucionario.

“Las falanges cuentan con dos pares de cilindros adyacentes que simulan las articulaciones humanas”, explica. “Los dedos están conectados por articulaciones elásticas sin elementos de conexión mecánica del tipo de tuercas y tornillos que confieren una estructura elástica y sencilla a la mano”.

“No se trata únicamente de copiar la estructura de la mano humana -añade-; además es necesario comprender los mecanismos de movimiento y percepción para apoyar en ellos el rendimiento de la mano y sólo entonces pasar al desarrollo de una estructura artificial capaz de ejecutarlos”.

Imitar el movimiento natural de la mano

Desde el proyecto se decidió que para obtener un conocimiento completo de la inteligencia artificial subyacente era necesario analizar y comprender antes los detalles del sistema sensomotor de la mano humana. El equipo al cargo basó su diseño de la mano Pisa-IIT Softhand en la teoría de que la clave de las sinergias sensomotoras reside en la neurociencia.

La teoría de las sinergias analiza todos los movimientos complejos que se pueden realizar como producto de una combinación de otros básicos, por ejemplo cerrar los dedos para agarrar un objeto. Estas unidades de movimiento, o sinergias, generadas por una configuración concreta de los músculos, dependen de las características anatómicas del ser humano.

Estas unidades abarcan los movimientos innatos o los que se aprenden durante los primeros estadios de la infancia. Así, para reproducir el movimiento que permite atrapar un objeto con una mano mecánica no es necesario dotar a cada dedo de un motor, tal y como sucede en las manos robóticas tradicionales, sino determinar la configuración de la sinergia responsable de este movimiento. Su reproducción debe realizarse de tal modo que pueda llevarse a cabo con un único motor que controle toda la secuencia de movimientos.

Bajo esta premisa obtuvieron la primera mano artificial capaz de realizar casi todo tipo de agarres de objetos cotidianos con un único motor. Además, gracias a la sencillez de su estructura, su elevada solidez y su bajo precio, con toda probabilidad llegará a conformar el mercado de las manos protésicas y robóticas e impulsará el desarrollo de otras tecnologías.

La comprensión de las sinergias sensoriales y motoras del organismo humano, y la inclusión de los principios de control y detección de bajo nivel en el diseño de manos mecánicas, desempeñarán una labor fundamental en el desarrollo de la inteligencia artificial en un sentido amplio.

Un avance interdisciplinar

Esta iniciativa científica, financiada con 2,5 millones de euros aportados por la Unión Europea a través de una subvención avanzada del CEI concedida al profesor Bicchi, es fruto de una colaboración entre grupos dedicados a la neurociencia, las matemáticas y la ingeniería. La mano se utilizará como plataforma de estudio con la que examinar sinergias y ahondar en aspectos del agarre robótico en proyectos venideros.

La mano ha sido objeto de aclamación tanto en el “Congreso internacional sobre humanoides” (International Conference on Humanoids) celebrado a principios de diciembre en Osaka (Japón), donde se calificó como el proyecto más innovador allí presentado, como en el “Congreso internacional sobre sistemas y robots inteligentes” (International Conference of Intelligent Robots and Systems, IROS2012) de Portugal, donde recibió varios galardones.

El proyecto aporta a aquellos con una disfunción en la mano, ya sea por causa de edad, lesión o enfermedad, un nuevo punto de apoyo para lograr la independencia.