Ingenieros mexicanos diseñan prótesis que funciona con impulsos bioeléctricos

Uno de los principales propósitos de la tecnología es coadyuvar al bienestar del ser humano y facilitar las actividades cotidianas. Comprometido con generar ideas de alto impacto tecnológico que contribuyan a este objetivo, el doctor David Tinoco Varela, académico de la FES Cuautitlán, encabeza el proyecto “Desarrollo de sistemas robotizados como vehículos teledirigidos e interfaces humano-máquina controladas por señales bioeléctricas”.

Desde 2016, junto a estudiantes de Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica (ITSE) e Ingeniería Mecánica Electrónica (IME) trabaja en el uso de señales o impulsos bioeléctricos generados por el cuerpo para controlar dispositivos electrónicos (prótesis), que cuenten con este sistema de reconocimiento. “Todos los seres vivos producimos estas señales en cualquiera de nuestros movimientos, incluso cuando se pierde algún miembro se siguen presentando”, explicó el doctor Tinoco.

Cabe resaltar que, aunque existen variaciones entre cada individuo, se pueden identificar patrones que sirven para lograr una clasificación. Para esta tarea, los universitarios toman diversas muestras bioeléctricas de cada movimiento a replicar y, por medio de una red neuronal artificial, caracterizan la información que brinda el cuerpo.

Una red neuronal artificial es un modelo computacional que trata de emular el aprendizaje que se lleva a cabo dentro del cerebro humano. Este modelo es capaz de aprender con entrenamiento y repeticiones un comportamiento o patrón, al dominarlo la red transmite la información a la prótesis y ésta realiza la respuesta a la contracción o el movimiento muscular programado.

Desarrollo de prótesis con un beneficio social

Luego de identificar los impulsos bioeléctricos que logran que el dispositivo ejecute determinada acción y establecer las redes neuronales con datos generalizados, el siguiente paso consistió en desarrollar el control total de un dispositivo a través de señales bioeléctricas y trasladar este mecanismo a otros medios electrónicos.

En 2020, el grupo de trabajo realizó una prótesis robótica para perros con el objetivo de facilitar el caminar de los que no tienen una extremidad, debido a que las existentes en el mercado carecen de un movimiento natural, degeneran la estructura ósea del animal y disminuyen su calidad de vida.

Tomando en cuenta esta problemática, acondicionaron un dispositivo mecánico a través de un sistema embebido (sistemas que cuenta con los recursos necesarios para su funcionamiento y, por ende, funciona de manera independiente), que ofrece un movimiento natural de todo el cuerpo. El diseño cuenta con un motor pequeño que reproduce el desplazamiento angular del perro al caminar y su fuente de energía son unas pilas recargables.

Este año el investigador trabajó junto a José Amador Ferrer Varela, estudiante de ITSE, en la generación de una prótesis de mano, valiéndose de diferentes ramas, como la inteligencia artificial, electrónica y los sistemas embebidos. La finalidad es que el diseño del sustituto artificial del miembro sea menos rígido que las prótesis convencionales y que, principalmente, sea funcional, que no sólo cumpla con un papel estético.

Los universitarios utilizaron materiales de bajo costo (madera) para construir el elemento tecnológico. En el caso del sistema electrónico usaron amplificadores operacionales para diseñar sus propios sensores y emplearon servomotores para generar las contracciones de la mano ficticia. Además, adquirieron electrodos para la recolección de las señales bioeléctricas. El diseño y entrenamiento de la red neuronal se llevó a cabo por medio del software Matlab.

El impacto de este proyecto es muy alto, ya que uno de sus principales beneficios es motriz, porque permite a la persona interactuar de la misma manera como si tuviera el miembro. “Si bien es cierto que no lo sustituirá, va a contribuir a mejorar la calidad de vida del usuario”, aseveró el investigador.

Entre las ventajas de este desarrollo, el individuo no necesitará una rehabilitación o entrenamiento técnico especializado porque el cuerpo ya conoce las señales bioeléctricas necesarias para operarlo y no necesitan de un permiso de salubridad, puesto que emplean sensores cutáneos. Por tanto, las pruebas no son invasivas y, hasta el momento, este sistema de sensores ha demostrado funcionar con éxito.

En cuanto a lo tecnológico, destaca que la metodología creada es ajustable y se puede replicar para cualquier otro miembro (pies, dedos, etcétera). Por otra parte, al usar este tipo de materiales la prótesis es más accesible y es posible reproducirla de una manera más sencilla.

Actualmente, las placas del desarrollo y de la circuitería se encuentran en espacios grandes, por lo cual en la siguiente fase el objetivo es minimizarlo, darle instrumentación y hacer el diseño industrial para que sea un prototipo más estético, menos pesado y que no genere incomodidad al usarlo.

En la búsqueda de generar una herramienta más estilizada, el doctor David Tinoco completará el diseño con impresión 3-D. “Sabemos que el material no tiene la dureza para garantizar una vida larga, pero puede funcionar para cubrir ciertas características por un determinado período de tiempo y mantenerlo en un rango de precio económico”.

Otro de los planes para este proyecto es que el prototipo esté al alcance de personas con esta condición. “Toda la información del proyecto se va a liberar en nuestra página de divulgación con el propósito de que cualquier individuo interesado pueda reproducirla”. (https://virtual.cuautitlan.unam.mx/intar/).

Fuente: Agencia ID.