Diseñan una mano biónica controlada a la vez por la mente del paciente y una IA

Madrid

Existen desde hace miles de años prótesis de brazos y piernas. La llamada "mano de Capua", descubierta en esta ciudad italiana, está datada en el 300 antes de Cristo. Era de hierro, bronce y madera y se cree que perteneció a un soldado romano que perdió parte del brazo y usó esta prótesis para portar su escudo.

Desde entonces han venido muchísimas más, pero ninguna como la que presenta en Nature el laboratorio de NeuroRobótica de Utah. No tiene nada que ver con las primeras prótesis que se fabricaron. Aquellas eran apenas moldes de las extremidades que simplemente imitaban su apariencia. De hecho, así han sido durante siglos. Con los avances técnicos y médicos de los siglos XIX y XX llegaron prótesis mecánicas que ya imitaban algunos movimientos. Por último, llegaron las "robóticas" o "biónicas", mucho más avanzadas. Pero nada como esta, insistimos.

La diferencia es que la mayoría de prótesis modernas son muy complicadas de controlar cuando el paciente realiza actividades cotidianas, por ejemplo, coger una taza de desayuno. Suponen, por un lado, un complicado entrenamiento y, por otro, una carga cognitiva constante y enorme para los usuarios. El cerebro sufre muchísimo desgaste a la hora de controlar la prótesis y el uso de sensores para guiar el nivel de agarre de la mano protésica todavía no es muy fino. El estudio empieza explicando que "tareas sencillas, como beber de un vaso de plástico, pueden resultar increíblemente difíciles para una persona amputada: si se aprieta demasiado suave, se caerá, pero si se aprieta demasiado fuerte, se romperá el vaso". Hasta ahora.

Combinación mente-IA

Gracias a la inteligencia artificial, los ingenieros de la Universidad de Utah han conseguido construir una mano biónica que tiene, por un lado, una "mente propia" y, por otro, "colabora con la mente del paciente". Cuando el paciente realiza tareas que requieren mayor destreza, como coger una taza o un vaso, un pequeño lápiz o -incluso- la mano de otra persona, la IA le ayuda prediciendo el grosor del material, la distancia y la fuerza del agarre.

El estudio lo ha dirigido Jacob A. George, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad John y Marcia Price, junto a Marshall Trout, investigador del Laboratorio de NeuroRobótica de Utah.

Los investigadores han integrado sensores de proximidad y presión en una mano biónica comercial. Hasta ahí, todo es muy parecido a las anteriores y los resultados son similares a manos diseñadas previamente. De hecho en los vídeos demostrativos vemos la diferencia cuando se aplica el sistema nuevo. La diferencia es que le han aplicado los efectos de "una red neuronal artificial entrenada para aprender miles de posturas de agarre". La combinación con la mano mecánica es muy satisfactoria.

Al explorar esta unión entre mecánica e inteligencia artificial, "los participantes del estudio demostraron una mayor seguridad y precisión en el agarre, y una menor carga cognitiva". En los vídeos les vemos realizar numerosas tareas cotidianas como coger un huevo o un papel. Usan distintos estilos de agarre sin haber practicado previamente.

El investigador Trout explica que "por muy realistas que sean los brazos biónicos, controlarlos sigue sin ser fácil ni intuitivo" y, por eso, "casi la mitad de los usuarios abandonan sus prótesis, a menudo alegando su difícil control y la carga cognitiva que suponen". Uno de los problemas es que la mayoría de los brazos y manos biónicos comerciales no tienen forma de replicar el sentido del tacto, que normalmente nos proporciona información intuitiva sobre cómo agarrar objetos. Esta mano inteligente también ha aprendido esta intuición, esta respuesta automática.

Lo han conseguido los científicos equipando esta mano protésica con yemas artificiales que, además de detectar la presión, estaban equipadas con sensores ópticos de proximidad diseñados para replicar el sentido del tacto más fino. Los dedos pueden detectar, por ejemplo, una bola de algodón prácticamente sin peso que se deja caer sobre ellos.

Con los datos de proximidad de estos sensores se alimenta la IA. Gracias a toda esa información los dedos se mueven de forma natural "a la distancia exacta necesaria para agarrar perfectamente cada objeto". Como cada dedo tiene su propio sensor y puede "ver" delante de él, cada dedo trabaja simultáneamente para hacer un agarre perfecto y estable de cualquier objeto.

Pero quedaba lo último y lo que hace diferente esta mano de otras: compartir el control entre el usuario y el agente de IA para que el humano pueda tomar sus propias decisiones (coger o soltar algo, por ejemplo).

"Lo que no queríamos es que el usuario luchase con la máquina por el control, sino todo lo contrario", dijo Trout. Y lo han conseguido. "La máquina aumentó su control natural para que el humano pudiera completar las tareas sin tener que pensar en ellas", explica. En cuatro pacientes con amputación, además de mejorar el rendimiento en tareas estándar, también consiguieron mejorar lo que se llama su "control motor fino".

"Al añadir inteligencia artificial, pudimos descargar este aspecto del agarre a la propia prótesis", afirma George. "El resultado final es un control más intuitivo y más hábil, lo que permite que las tareas sencillas vuelvan a ser sencillas".

En los próximos pasos, el equipo tiene previsto combinar estas tecnologías, de modo que la prótesis inteligente pueda integrarse a la perfección con el control basado en el pensamiento.