Según un nuevo estudio, las botas robóticas podrían ayudar a mejorar el equilibrio de las personas.
Un equipo de investigadores ha probado exoesqueletos motorizados y prótesis para averiguar si ayudan o dificultan que las personas mantengan el equilibrio cuando lo pierden.
Descubrieron que la programación para responder más rápido que los reflejos humanos permitía a los participantes mantenerse erguidos.
Dicen que es un primer paso para ayudar a las personas mayores o a quienes han sufrido un accidente cerebrovascular o lesiones de la médula espinal y tienen problemas de equilibrio.
La idea principal
Las botas robóticas con reflejos sobrehumanos pueden ayudar a mejorar el equilibrio. Nuestro nuevo estudio demuestra que la clave para mejorar el equilibrio es contar con botas que puedan actuar más rápido que los tiempos de reacción humanos.
Cuando las personas resbalan o tropiezan, sus reacciones para recuperar el equilibrio son mucho más lentas que la respuesta de algunas máquinas. En los seres humanos y otros animales con patas, se necesita tiempo para que los sensores biológicos envíen señales al sistema nervioso y este active los músculos. Los robots pueden actuar mucho más rápido: usan cables en vez de nervios para transmitir sus señales.
Sin embargo, los robots siguen teniendo una notoria dificultad para mantener el equilibrio, porque aún no pueden imitar cómo responden los seres humanos cuando se les desafía el equilibrio. Somos ingenieros biomecánicos y especialistas en fisiología de la rehabilitación que estudian la neurofisiología del movimiento. En nuestro estudio, quisimos responder a la pregunta de si los robots ponibles —como los exoesqueletos motorizados para las extremidades inferiores o las prótesis— pueden mejorar el equilibrio por encima de un nivel de referencia normal.Usamos un suelo motorizado para «retirar literalmente la alfombra» bajo los pies de participantes jóvenes y sanos, inclinándolos hacia delante, en dirección al suelo. Les pedimos que mantuvieran el equilibrio sin mover los pies, pero a veces el resbalón era tan grande que tenían que dar un paso para evitar caer de bruces. Después, programamos las botas robóticas para proporcionarles una descarga de asistencia con el mismo retraso que su respuesta natural o, artificialmente, más rápido de lo que es humanamente posible, y comparamos esos resultados con los de no recibir asistencia de las botas.
Nos sorprendió descubrir que solo el modo que se anticipaba a la reacción humana ayudaba a los usuarios a recuperar el equilibrio más rápido y evitaba que tuvieran que dar un paso para recobrarlo.
Al mismo tiempo, registramos las respuestas fisiológicas de nuestros «pilotos de prueba» de las botas robóticas para ver si el dispositivo imitaba —o posiblemente interfería con— sus respuestas subyacentes de equilibrio. Mediante ecografías, pudimos observar bajo la piel cómo se estiraban los músculos de la pantorrilla durante el resbalón. El estiramiento muscular genera señales sensoriales esenciales que el sistema nervioso necesita para iniciar una reacción de equilibrio.
La respuesta de equilibrio de las botas robóticas, más rápida que la humana, eliminó las señales del estiramiento de los músculos de la pantorrilla, pero persistieron las señales de control dirigidas a esos mismos músculos como respuesta general del sistema nervioso. Este hallazgo pone de relieve que el sistema nervioso es más que un conjunto de reflejos simples que reaccionan al estiramiento muscular local: también recopila información de todo el cuerpo para
mantenerse erguido tanto al estar de pie como al caminar.En esta imagen compuesta de una serie temporal, una participante que lleva un exoesqueleto robótico para las extremidades inferiores se inclina hacia delante, pero no necesita dar un paso para mantener el equilibrio.
Las personas suelen dar por sentado el equilibrio. Pero cada paso conlleva la posibilidad de una caída, y las caídas graves son
una de las principales causas del deterioro de la salud a medida que las personas envejecen. Si los investigadores logran desarrollar tecnología de asistencia que mejore el equilibrio al desplazarse de un lugar a otro, esta puede prevenir caídas y permitir que las personas mantengan su actividad durante más tiempo.Qué otras investigaciones relacionadas se están llevando a cabo en este campo
El uso de robots ponibles para facilitar la movilidad, en particular el equilibrio, ha sido durante mucho tiempo un sueño de científicos e ingenieros. Sin embargo, hasta la fecha, la investigación se ha centrado principalmente en proporcionar asistencia motorizada para que sea más fácil
caminar más rápido o durante más tiempo. Aparte de unos pocos y prometedores dispositivos de investigación basados en laboratorio, el campo de los robots ponibles apenas se ha centrado en el equilibrio.Los avances tecnológicos de la última década abren nuevas posibilidades para que los robots ponibles de última generación mejoren el equilibrio. Otros investigadores de todo el mundo también están adaptando sistemas de exoesqueleto existentes para ayudar a mantener el equilibrio
mediante algoritmos de control inspirados en la biología que, con el tiempo, podrían responder más rápido que los reflejos humanos.Qué sigue
Nuestro estudio es una demostración de prueba de concepto de que los exoesqueletos pueden mejorar el equilibrio en un entorno de laboratorio controlado, durante una tarea sencilla de mantenerse de pie, en adultos jóvenes sin problemas de equilibrio. Aún queda mucho por hacer para que los robots ponibles ayuden a mantener el equilibrio en la vida cotidiana y mejoren la calidad de vida de las personas con dificultades de equilibrio, como las personas mayores o quienes han sufrido un accidente cerebrovascular o una lesión de la médula espinal. Se necesitarán estudios futuros para explorar el uso de exoesqueletos en otras articulaciones de las extremidades inferiores, como la rodilla y la cadera, desarrollar inteligencia artificial que anticipe el riesgo de caídas y posibilitar un equilibrio sobrehumano personalizado.
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