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Ingeniería biomédica

Movilidad ampliada

Un sistema permitirá que portadores de parálisis graves conduzcan sillas de ruedas con sus músculos faciales

Las sillas de ruedas, indispensables para las personas con dificultades de locomoción, han evolucionado mucho durante las últimas décadas, desde los tiempos en que se las veía por las calles impulsadas por las manos de sus ocupantes. Hoy en día es común ver sillas motorizadas, controladas con joysticks. Y ahora, un equipo de investigadores de la Universidad Federal de Uberlândia (UFU), en asociación con colegas de la Universidad de Lorraine, en Francia, y en simultáneo con varios otros grupos de investigación de todo el mundo, procura elevar este medio de locomoción a un nuevo nivel tecnológico.

Este equipo trabaja en el desarrollo de un sistema que tornará posible el control y la conducción de una silla de ruedas mediante señales eléctricas generadas por los músculos y por la actividad cerebral. A dicho dispositivo podrán usarlo personas con parálisis tan graves que no logran siquiera manejar un joystick.

El grupo brasileño, encabezado por el ingeniero Alcimar Barbosa Soares, del Laboratorio de Ingeniería Biomédica de la UFU, se aboca a la definición de las tecnologías de detección y procesamiento de las señales de controles musculares o neurales, y también a la construcción de ambientes de realidad virtual y aumentada. Los franceses trabajan en el desarrollo del control y la navegación de las sillas de ruedas inteligentes, y colaboran con el equipo de la UFU en la creación de sistemas virtuales de entrenamiento.

Según Yann Morere, de la Universidad de Lorraine, la principal ventaja de la alianza consiste en aunar capacidades complementarias. “La gente de la UFU es experta en adquisición y análisis de señales humanas, y en realidad virtual y aumentada”, dice. “Mientras que nosotros lo somos en sillas de ruedas, dispositivos comunicadores, robótica móvil y tecnología asistiva.”

Soares comenta que, cuando empezaron con este trabajo, tuvieron que elegir cuál sería la mejor forma de desarrollar una silla con las especificaciones y potencialidades necesarias para llevar adelante el proyecto. ¿Construirían una silla desde el vamos o se valdrían de una disponible comercialmente? Para facilitar la transferencia de tecnología, la opción consistió en seleccionar una silla comercial con la mayor cantidad de sensores y sistemas, que contemplase los requerimientos preliminares del equipo.

Los primeros estudios que resultaron en este proyecto se iniciaron hace cuatro años, como un desdoblamiento de una alianza entre el grupo de investigación brasileño y el francés para el desarrollo de tecnologías de comunicación aumentada destinadas a personas con discapacidades neuromotoras. Estas tecnologías suministran el soporte en comunicación alternativa, movilidad, accesibilidad y dominios cognitivos, por ejemplo.

Soares comenta que, en aquella época, ambos grupos iniciaron un trabajo destinado a permitir que pacientes con esclerosis lateral amiotrófica (ELA) en estadio avanzado –que habían perdido el control prácticamente de todas las funciones motoras, incluso la del habla– pudiesen comunicarse mediante un software especialmente creado para ellos. El físico inglés Stephen Hawking, por ejemplo, es portador de esta enfermedad degenerativa que paraliza todos los movimientos de quienes la padecen con el correr de los años. El proyecto fue financiado por la Coordinación de Perfeccionamiento del Personal de Nivel Superior (Capes) y por el Comité Francés de Evaluación de la Cooperación Universitaria con Brasil (Cofecub, sigla en francés de Comité Français d’Evaluation de la Coopération Universitaire avec le Brésil).

Una navegación segura
El trabajo en el desarrollo de sistemas de control de sillas de ruedas para mejorar aún más la vida de esos pacientes fue una secuencia natural de las investigaciones. “Nuestro objetivo consiste ahora en crear un dispositivo de locomoción con un grado de inteligencia embarcado que permita los comandos cerebrales o neuromusculares y una navegación segura y eficiente”, dice Soares. “Esperamos contar con los primeros equipos con control neuromuscular a disposición de los pacientes dentro de dos o tres años.”

En esta primera etapa, la idea es que los usuarios controlen las sillas mediante señales eléctricas generadas con el movimiento de los músculos faciales. Posteriormente, las investigaciones migrarán hacia el control mediante señales cerebrales. El primer paso consiste en hallar un músculo en la persona que padece una parálisis grave que aún funcione mínimamente, es decir, que cuente con una pequeña capacidad de contracción. “Luego ponemos en la zona sensores de superficie que captan las señales de la actividad eléctrica asociada a la contracción muscular”, explica Soares. “Estas señales se envían a una computadora para su procesamiento y su transformación en mandos de las sillas de ruedas.”

Los músculos en acción
En los casos de personas con parálisis cerebral o portadoras de ELA en estadios avanzados, pero que todavía cuentan con músculos faciales en funcionamiento, por ejemplo, se pueden establecer convencionalmente algunos comandos. “El morder usando ambos maseteros [los músculos de la masticación] puede representar la orden para que la silla avance”, ejemplifica Soares. “Al morder más fuerte del lado izquierdo, se puede ordenar que la silla gire a la izquierda. Y así sucesivamente.”

Para que esto suceda, el paciente debe entrenarse para dominar esos comandos. “Estamos desarrollando también sistemas de realidad virtual y aumentada –una mezcla de imágenes reales con objetos virtuales– que promueven la operación de la silla de ruedas real en un ambiente virtual y, por ende, más seguro”, comenta Soares. “Sensores conectados a la piel de los usuarios captan los comandos neuromusculares enviados para el control de la silla de ruedas.”

Electrodos conectados con el cuerpo del paciente en una sala en Brasil captan las señales, que son procesadas y transformadas en comandos y enviadas vía internet al laboratorio con sede en Francia. Allí se las transforma en señales de control de la silla de ruedas real, que se mueve sola por el laboratorio. “A su vez, la silla cuenta con cámaras que captan las imágenes, que se transmiten a Brasil y se proyectan en la pantalla de una computadora ubicada delante del paciente o en gafas especiales para la proyección de imágenes en 3D”, explica Soares. “Así el usuario puede tener la sensación de que se está moviendo dentro del laboratorio francés como si estuviese en él.”

Morere dice que pretenden también establecer parámetros de uso de la silla de ruedas de acuerdo con cada usuario, tales como velocidad y aceleración máxima, zona muerta alrededor de la posición central del joystick y atraso de arranque. “También queremos experimentar nuevas funcionalidades con seguridad total, pero sin las limitaciones y los materiales pesados utilizados en los prototipos de sillas de ruedas inteligentes.”

Aunque es grande la cantidad de personas que en el mundo padecen distintos niveles de discapacidad motriz que les impiden la locomoción, e incluso la utilización de sillas de ruedas convencionales, ambos grupos todavía no han efectuado una evaluación del mercado potencial para los equipamientos que están desarrollando. Pero el trabajo sigue adelante. Han realizado ensayos con un voluntario y los resultados han sido alentadores. “En estos momentos dominamos el desarrollo de los sistemas de control mediante señales neuromusculares”, dice Soares. “Estamos empezando ahora los estudios tendientes al desarrollo de interfaces cerebro-máquina que permitan el control ‘mental’ de la navegación de los dispositivos.”

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