Robótica colombiana, una opción para terapia y rehabilitación – Ciencia – Vida


Hace unas semanas se llevó a cabo en Las Vegas el Consumer Electronics Show (CES), considerada la mayor feria de electrónica de consumo del mundo. En entornos como este, que prometen dar una mirada al futuro, la robótica obviamente no podían faltar: los robots humanoides sorprendieron y espantaron a los asistentes de la CES con los gritos del androide pediátrico Pedia-Roid —destinado a preparar a los médicos en formación frente a los movimientos de contorsión de un niño que se rehúsa a recibir un tratamiento— y los gestos y la forma de hablar casi humana en el rostro gris del robot Ameca, de la empresa Engineered.

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(Esta historia se publicó originalmente en enero de 2022).

Ya sean el resultado de la ciencia o de la ciencia ficción, desde los de Isaac Asimov hasta los de los Supersónicos, los robots de todo tipo son una fuente de fascinación y de inspiración ante las posibilidades que se abren con los beneficios que la automatización puede aún traer a la vida humana. Son el punto de partida para investigadores como el doctor en robótica Carlos Andrés Cifuentes García, y la doctora en biomecánica Marcela Múnera Ramírez, quienes han dedicado su carrera a ahondar en los beneficios que puede tener unir a humanos y robots en el campo de la rehabilitación.

Conectando humanos y robots para asistencia en la marcha y rehabilitación

Los doctores Carlos Andrés Cifuentes y Marcela Múnera publicaron recientemente el libro Conectando humanos y robots para asistencia en la marcha y rehabilitación con el sello editorial Springer.

El trabajo de estos dos profesores del Programa de Ingeniería Biomédica de la Universidad Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito parece salido de la pantalla grande: ambos han trabajado, junto a los estudiantes que hacen parte de su grupo de investigación, en el diseño de exoesqueletos para ayudar a pacientes que deben aprender a caminar de nuevo; de prótesis bioinspiradas que imitan la función de los tendones, y de robots sociales que sirven de asistencia terapéutica para niños con trastornos del espectro autista, solo para mencionar algunos de los proyectos que hacen parte de un gran ecosistema de soluciones en las que trabaja esta pareja de expertos, y que han condensado en el libro Conectando humanos y robots para asistencia en la marcha y rehabilitación, publicado con el sello editorial Springer.

Es el resumen de años de trabajo desde que, en 2016, se conocieron y tomaron la decisión de sacar del laboratorio y poner a disposición de los pacientes la tecnología que diseñaban. “Fue una muy buena alianza con la profesora Múnera, ella tenía el conocimiento en diseño de experimentos con humanos. Había trabajado, sobre todo, en biomecánica del deporte con experimentos con personas, evaluando diferentes tecnologías y tenía mucha más experiencia en la evaluación de diferentes tipos de elementos con personas”, explica el profesor Cifuentes.

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Por su parte, él había hecho sus estudios en caminadores robóticos empleados para asistir a las personas físicamente en la marcha, pero realmente no había llegado a probarlos con pacientes. Según él, todo había sido algorítmico y de control técnico.
Fue así como esta pareja de científicos, que también son esposos, empezaron a buscar financiación para darle vida a un proyecto con el que querían combinar robots móviles, como los caminadores, y exoesqueletos, para rehabilitar pacientes con problemas neurológicos.

Hoy, seis años después, tienen alianzas con instituciones en Colombia como la Clínica Howard Gardner, la Fundación Cardioinfantil, la Clínica Universidad de la Sabana, y en países como Chile, con la Corporación de Rehabilitación Club de Leones Cruz del Sur; en España, con el Hospital Universitario Infantil Niño Jesús, y en la India, con el Christian Medical College Vellore. Además, han recibido financiación por más de 2.000 millones de pesos, ayudas que han venido desde del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación y de organizaciones estadounidenses y británicas, como la Real Academia de Ingeniería del Reino Unido y el Fondo Newton.

Dineros que se han traducido en múltiples prototipos, financiación de investigadores, pruebas con pacientes en Colombia y en el extranjero y un ecosistema de proyectos que se ha enfocado en tres líneas: robótica de asistencia física —robots que están físicamente conectados al cuerpo para ayudar a las personas en el proceso de rehabilitación—, robótica de soporte cognitivo —robots sociales que apoyan los procesos cognitivos, como memoria, lenguaje y motivación- y robótica para países en desarrollo, una línea en la que desarrollan versiones de bajo costo de los dispositivos comerciales en los hacen investigación, usando impresión 3D y materiales más fáciles de adquirir en el país.

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Un Castor que no es castor

Robot Castor

Castor tiene tres diseños: una caricatura de robot, un humano y un animal fantástico

Precisamente en esa línea de versiones de bajo costo surgió el proyecto Castor (CompliAnt Soft Robotics) IAPP1\100126, con la Clínica Howard Gardner. Es un robot con apariencia humana cuyos movimientos lentos hacen que los niños con autismo, que están recibiendo tratamiento terapéutico, interactúen con él, reconozcan emociones, imiten sus movimientos y desarrollen la atención compartida con la que no cuentan.

“Ese proyecto fue el primero que de verdad hicimos con el enfoque de ingeniería centrada en el usuario, porque había cierta resistencia de los papás de los niños a estas nuevas tecnologías. Las personas muchas veces piensan que queremos reemplazar a los terapeutas”, recuerda la doctora Múnera y precisa: “Nosotros desarrollamos herramientas para el personal de la salud, no hacemos estos proyectos de manera autónoma o independiente”.

Por ese motivo el robot Castor nació de un proceso de diseño participativo a partir de grupos focales con los padres de familia, cuidadores, terapeutas y algunos niños. De hecho la apariencia física del robot fue escogida por ellos, por eso tiene tres diseños: una caricatura de robot, un humano y un animal fantástico, todas con un rendimiento similar para que los niños puedan hacer reconocimiento de emociones.

Pero quizá una de las características más importantes de Castor es que se trata de un dispositivo resistente, capaz de soportar la interacción física con niños, y fácil de reparar, gracias a su diseño modular. Requisitos fundamentales que los investigadores detectaron que debía cumplir su diseño a partir de la experiencia adquirida a partir de proyectos previos de robótica social que habían desarrollado en la Fundación Cardioinfantil con robots comerciales como los Nao, que no cuentan con soporte en Colombia para reparaciones y deben ser llevados para ello a Estados Unidos, con altos costos.

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El proyecto, que contó con el apoyo de la empresa Tejido de Sueños, de Medellín; de la Universidad de Plymouth, y fue financiado por la Real Academia de Ingeniería del Reino Unido y por el Fondo Newton, ya cuenta con varias versiones del robot, que está siendo empleado como parte de un programa de dos meses de terapias con pacientes autistas. “Se ha mostrado una buena percepción respecto al avance de los niños y también respecto a la carga que siente el terapeuta, quien puede ayudarse un poco con el robot durante estas terapias”, asegura la profesora Múnera.

Además, es una tecnología open source, lo que quiere decir que está abierta a que cualquier persona del mundo pueda aplicarla. “Lo liberamos en un repositorio en GitHub y en este momento está siendo replicado en Chile y en Inglaterra para hacer estudios. Cualquier persona que tenga una impresora 3D y unos 2.000 dólares para comprar todos los componentes puede reproducirlo. Eso también ha hecho que se expanda más esta idea de Castor por el mundo”, señala el profesor Cifuentes.

Órtesis y exoesqueletos

En la terapia de rehabilitación de la EPS yo no había logrado ningún avance

Según datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS), el accidente cerebro vascular (ACV) es la primera causa de discapacidad en adultos a nivel mundial; en Colombia alrededor de 60.000 personas al año sufren un ataque isquémico transitorio -advertencia seria de un futuro accidente cerebrovascular- que les afecta de manera negativa su motricidad inferior.

Sin embargo, para tratar a esos miles de pacientes, en todo el país solo existen dos Lokomat, un reconocido dispositivo utilizado para reentrenamiento de la marcha. Por ese motivo, acceder a un tratamiento con esta herramienta robótica puede convertirse en un milagro dado que el acceso es bastante limitado. Un punto que los doctores Múnera y Cifuentes también quieren contribuir a cambiar con T-FLEX, un dispositivo robótico de alta tecnología para rehabilitación de pacientes que han perdido la movilidad de sus tobillos; un invento de bajo costo y que, al igual que Castor, es open source.

Es una órtesis, no una prótesis, por lo que no reemplaza el tobillo enfermo, sino que corrige o ayuda a su motricidad como una estructura externa que se adapta al miembro inferior, permitiendo su flexión y extensión de manera natural. Una alternativa que ha representado una gran diferencia para pacientes que han participado en sus pruebas, como Catalina León, de 36 años, que en el 2012 sufrió un ACV que le ocasionó parálisis cerebral y llevó a que se le practicara una cirugía que inmovilizó su tobillo en una posición fija para que pudiera caminar.

órtesis robótica

Con su órtesis robótica para tobillos, los profesores ganaron en 2017 el concurso Una Idea para Cambiar la Historia, de History Channel.

“En la terapia de rehabilitación de la EPS yo no había logrado ningún avance. Cuando llegué a la Universidad Julio Garavito me hicieron una serie de pruebas para medir la fuerza inicial que tenía en los músculos, se hicieron pruebas al finalizar el proyecto y se dieron cuenta de que sí funcionó. Logré un 20 por ciento de flexión en el pie”, recuerda la paciente, quien está a la espera de continuar participando del proyecto de los investigadores.

Otro de los proyectos que ha captado la atención es el de una prótesis bioinspirada con materiales blandos que imitan el movimiento de los tendones, permitiendo no solo la flexión y extensión sino también la abducción, que es el movimiento de abrir y cerrar los dedos lateralmente. Características que les dan a los pacientes mayor adaptabilidad y opciones de agarre que prótesis comerciales que son más rígidas.

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Las opciones de aplicación de la robótica son infinitas e incluso la pandemia, que entorpeció algunos de los procesos de pruebas con pacientes que se venían adelantando, fue una oportunidad para que surgieran nuevas ideas en otros campos más allá de la rehabilitación. Así, en la Universidad Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito el regreso a la presencialidad estará acompañado en algunos casos de robots que pueden recordarles a los estudiantes usar bien el tapabocas. Uno de los elementos del piloto de una plataforma robótica para reforzar los protocolos de bioseguridad.

ALEJANDRA LÓPEZ P.
REDACTORA DE CIENCIA
@TiempodeCiencia|@male_lopezp

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