Los ingenieros de Caltech han lanzado una nueva iniciativa de investigación destinada a restaurar la locomoción natural y estable en personas con deficiencias para caminar que resultan de lesiones y accidentes cerebrovasculares de la médula espinal.

Esta iniciativa, apodado RoAM (movilidad asistida robótica), une los dispositivos de asistencia robótica, incluidos los exoesqueletos y las prótesis, con el neurocontrol infundido en inteligencia artificial (IA). La iniciativa RoAM combina la investigación de dos roboticistas de Caltech:Aaron Ames, quien crea los algoritmos que permiten caminar por robots bípedos y los traduce para gobernar el movimiento de exoesqueletos y prótesis; y Joel Burdick, cuyos implantes espinales transcutáneos ya han ayudado a parapléjicos en ensayos clínicos a recuperar parte de la función de la pierna y, crucialmente, control del torso.

Varias empresas de robótica han comenzado a fabricar exoesqueletos, dispositivos con piernas robóticas a las que una persona se puede sujetar, para proporcionar movilidad a las personas paralizadas de la cintura para abajo. El problema es que todos los dispositivos actuales requieren el uso de muletas para mantener la estabilidad.

"La marcha bípeda es difícil de lograr de forma estable, "dice Ames, Bren Profesor de Ingeniería Mecánica y Sistemas Dinámicos y de Control en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. "Mientras que las muletas ayudan a los usuarios de los exoesqueletos a mantenerse erguidos, socavan muchos de los beneficios para la salud que de otro modo podría proporcionar la locomoción vertical. Además, no permiten a los usuarios hacer nada más con las manos mientras caminan ".

Aquí es donde entra en juego el trabajo de Ames y Burdick.

Ames ha creado programas que permiten a los robots bípedos caminar, haciéndolos estables mediante la aplicación de métodos de la teoría de control no lineal. Su enfoque ha dado como resultado una caminata eficiente por parte de robots humanoides, junto con comportamientos dinámicos como correr y saltar. En colaboración con el fabricante francés de exoesqueletos Wandercraft y su colega Jessy Grizzle de la Universidad de Michigan, Ames ha traducido estos métodos de robots a exoesqueletos motorizados de la parte inferior del cuerpo. El resultado final fue el primer exoesqueleto dinámico para caminar que los parapléjicos podían usar sin necesidad de muletas. Esto tiene el potencial de dar a los parapléjicos movilidad de manos libres, Dice Ames. En el futuro, combinar su trabajo con la estimulación espinal permitirá una retroalimentación directa entre el usuario y el dispositivo.

Mientras tanto Burdick, Richard L. y Dorothy M. Hayman Profesora de Ingeniería Mecánica y Bioingeniería e investigadora científica en JPL, que Caltech gestiona para la NASA, ha estado desarrollando implantes espinales que han restaurado algunas funciones de la parte inferior del cuerpo a los usuarios en ensayos clínicos.

El implante desarrollado en colaboración con el ingeniero biomédico de Caltech Yu-Chong Tai, Anna L. Rosen Profesora de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Médica, y el experto en inteligencia artificial Yisong Yue, profesor asistente de informática y ciencias matemáticas, proporciona estimulación eléctrica al espacio epidural alrededor de la médula espinal inferior mientras usa IA para aprender, en tiempo real, los patrones de estimulación que producen los mejores resultados para los usuarios. En ensayos clínicos en UCLA, la prótesis permitió a los usuarios paralizados estar de pie por su cuenta durante un máximo de 20 minutos seguidos y mover los dedos de los pies voluntariamente, tobillos rodillas y caderas.

Uno de los participantes que probaron el estimulador espinal también tenía un exoesqueleto, y entonces los investigadores probaron las dos tecnologías juntas en un ensayo en UCLA hace tres años. Descubrieron que cuando se activaba el estimulador espinal, el exoesqueleto requería la mitad de potencia para moverse a la misma distancia que con el estimulador apagado.

"Con el estimulador y el exotraje, estaba casi pisando solo, "Dice Burdick." Ese estudio inicial fue muy prometedor ".

La iniciativa RoAM explorará la intersección de la estimulación de la médula espinal infundida con IA utilizando un exoesqueleto modelo Wandercraft Atalante ubicado en Caltech. "El exoesqueleto de Atalante y los algoritmos para caminar que creamos para él ya son lo suficientemente buenos como para permitir a los usuarios caminar dinámicamente sin muletas, ", Dice Ames." La iniciativa RoAM les permitirá hacerlo usando menos energía y para una variedad de diferentes comportamientos dinámicos de caminar, con el objetivo de mejorar la vida cotidiana de los usuarios ".

Por último, la iniciativa RoAM irá más allá de los exoesqueletos al explorar formas de restaurar la movilidad. Los algoritmos de marcha dinámica desarrollados por Ames ya se han traducido a prótesis hechas a medida alojadas en su laboratorio. incluyendo una pierna eléctrica para amputados por encima de la rodilla. Adicionalmente, Se desarrollarán exoesqueletos blandos, o exotrajes, para ayudar a estabilizar la marcha de las personas que no están paralizadas pero que tienen problemas de movilidad.