Keven Walgamott tuvo un buen "presentimiento" acerca de recoger el huevo sin aplastarlo. Lo que parece simple para casi todos los demás puede ser una tarea más hercúlea para Walgamott, quien perdió su mano izquierda y parte de su brazo en un accidente eléctrico hace 17 años. Pero estaba probando el prototipo de una prótesis de brazo de alta tecnología con dedos que no solo pueden moverse, pueden moverse con sus pensamientos. Y gracias a un equipo de ingeniería biomédica de la Universidad de Utah, "sintió" el huevo lo suficientemente bien como para que su cerebro pudiera decirle a la mano protésica que no apretara con demasiada fuerza.

Eso es porque el equipo, dirigido por el profesor asociado de ingeniería biomédica de la Universidad de Utah, Gregory Clark, ha desarrollado una forma para que el "brazo LUKE" (llamado así por la mano robótica que Luke Skywalker obtuvo en "El imperio contraataca") para imitar la forma en que una mano humana siente los objetos enviando las señales apropiadas al cerebro. Sus hallazgos fueron publicados en un nuevo artículo escrito en coautoría por el estudiante de doctorado en ingeniería biomédica de la U, Jacob George, ex estudiante de doctorado David Kluger, Clark y otros colegas en la última edición de la revista. Ciencia Robótica .

"Cambiamos la forma en que enviamos esa información al cerebro para que coincida con el cuerpo humano. Y al hacer coincidir el cuerpo humano, pudimos ver beneficios mejorados, ", Dice George." Estamos haciendo señales biológicamente más realistas ".

Eso significa que una persona amputada que lleva el brazo protésico puede sentir el tacto de algo suave o duro, entender mejor cómo recogerlo, y realizar tareas delicadas que de otro modo serían imposibles con una prótesis estándar con ganchos de metal o garras para las manos.

"Casi me hace llorar, "Walgamott dice sobre el uso del brazo LUKE por primera vez durante las pruebas clínicas en 2017." Fue realmente asombroso. Nunca pensé que podría volver a sentirme en esa mano ".

Walgamott, un agente de bienes raíces de West Valley City, Utah, y uno de los siete sujetos de prueba en la Universidad de Utah, pudo arrancar uvas sin triturarlas, coger un huevo sin romperlo, y tomar la mano de su esposa con una sensación en los dedos similar a la de una persona sin discapacidad.

"Una de las primeras cosas que quiso hacer fue ponerse su anillo de bodas. Eso es difícil de hacer con una mano, "dice Clark." Fue muy conmovedor ".

La forma en que se logran esas cosas es a través de una compleja serie de cálculos y modelos matemáticos.

El brazo LUKE

El brazo LUKE ha estado en desarrollo durante unos 15 años. El brazo en sí está hecho principalmente de motores metálicos y piezas con una "piel" de silicona transparente sobre la mano. Está alimentado por una batería externa y está conectado a una computadora. Fue desarrollado por DEKA Research &Development Corp., una empresa con sede en New Hampshire fundada por el inventor de Segway Dean Kamen.

Mientras tanto, el equipo de la Universidad de Utah ha estado desarrollando un sistema que permite que el brazo protésico toque los nervios del usuario, que son como cables biológicos que envían señales al brazo para que se mueva. Lo hace gracias a una invención del profesor distinguido emérito de ingeniería biomédica de la Universidad de Utah, Richard A. Normann, llamado Utah Slanted Electrode Array. La matriz es un paquete de 100 microelectrodos y cables que se implantan en los nervios del amputado en el antebrazo y se conectan a una computadora fuera del cuerpo. La matriz interpreta las señales de los nervios del brazo que aún quedan, y la computadora los traduce a señales digitales que le dicen al brazo que se mueva.

Pero también funciona al revés. Para realizar tareas como recoger objetos se requiere algo más que el cerebro diciéndole a la mano que se mueva. La mano protésica también debe aprender a "sentir" el objeto para saber cuánta presión ejercer, porque no se puede averiguar con solo mirarlo.

Primero, el brazo protésico tiene sensores en la mano que envían señales a los nervios a través de la matriz para imitar la sensación que tiene la mano al agarrar algo. Pero igualmente importante es cómo se envían esas señales. Implica comprender cómo su cerebro maneja las transiciones en la información cuando toca algo por primera vez. Al primer contacto de un objeto, un estallido de impulsos recorre los nervios hasta el cerebro y luego disminuye. Recrear esto fue un gran paso.

"Proporcionar sensación es muy importante, pero la forma en que envía esa información también es muy importante, y si lo haces más realista desde el punto de vista biológico, el cerebro lo entenderá mejor y el desempeño de esta sensación también será mejor, "dice Clark.

Para lograr eso, El equipo de Clark utilizó cálculos matemáticos junto con los impulsos registrados del brazo de un primate para crear un modelo aproximado de cómo los humanos reciben estos diferentes patrones de señal. Luego, ese modelo se implementó en el sistema LUKE Arm.

Investigación futura

Además de crear un prototipo del brazo LUKE con sentido del tacto, el equipo en general ya está desarrollando una versión que es completamente portátil y no necesita estar conectada a una computadora fuera del cuerpo. En lugar de, todo estaría conectado de forma inalámbrica, dando al usuario total libertad.

Clark dice que la matriz de electrodos inclinados de Utah también es capaz de enviar señales al cerebro para algo más que el sentido del tacto, como el dolor y la temperatura, aunque el papel se dirige principalmente al tacto. Y aunque su trabajo actualmente solo ha involucrado a amputados que perdieron sus extremidades debajo del codo, donde se encuentran los músculos para mover la mano, Clark dice que su investigación también podría aplicarse a quienes perdieron los brazos por encima del codo.

Clark espera que en 2020 o 2021, tres sujetos de prueba podrán llevarse el brazo a casa para usarlo, pendiente de aprobación regulatoria federal.

La investigación involucra a varias instituciones, incluido el Departamento de Neurocirugía de la U, Departamento de Medicina Física y Rehabilitación y Departamento de Ortopedia, el Departamento de Biología y Anatomía Organismal de la Universidad de Chicago, el Departamento de Ingeniería Biomédica de la Clínica Cleveland, y las empresas de neurotecnología de Utah Ripple Neuro LLC y Blackrock Microsystems. El proyecto está financiado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa y la Fundación Nacional de Ciencias.

"Este es un esfuerzo interdisciplinario increíble, "dice Clark." No podríamos haber hecho esto sin los esfuerzos sustanciales de todos en ese equipo ".