Una nueva mano biónica biomimética

Alrededor de 1.300 millones de personas en el mundo viven con una discapacidad permanente, y aproximadamente 10 millones de ellas son amputados. Aunque las amputaciones de miembros superiores son menos comunes que las de miembros inferiores, presentan desafíos mucho mayores en la creación de prótesis funcionales.

Las manos son especialmente difíciles de replicar debido a la necesidad de agarrar y manipular objetos. Los pacientes suelen enfrentarse a la elección entre una prótesis rígida, que ofrece precisión y fuerza de agarre pero carece de la delicadeza necesaria para manejar objetos frágiles, o una prótesis blanda, que se siente más natural y puede manipular objetos delicados sin dañarlos, pero no puede sujetar objetos pesados. 

Inspirada en la naturaleza

Inspirados en la combinación de huesos rígidos y tejidos blandos de la mano humana, investigadores de la Universidad Johns Hopkins han publicado un estudio sobre una nueva “mano protésica biomimética natural” capaz de sujetar una variedad de objetos cotidianos con diferentes texturas, pesos y niveles de rigidez (incluido un adorable pulpo de peluche).

Su mano biónica imita una mano real combinando un endoesqueleto rígido con catorce articulaciones robóticas blandas independientes. Además, han incorporado tres capas de sensores táctiles piezoeléctricos integrados, basándose en el sistema de mecanorreceptores en la piel humana que nos permite percibir superficies complejas.

El toque final fue el uso de codificación neuromórfica, que convierte los datos de los sensores en impulsos eléctricos, de manera similar a las señales nerviosas enviadas al cerebro por una mano real. Esto permite ajustar el agarre según la forma y textura del objeto que se está sujetando.

Superando a las prótesis convencionales

Las pruebas de laboratorio revelaron mejoras significativas en comparación con las prótesis existentes. La nueva mano biónica logró adaptarse alrededor de una pelota para sujetarla (algo imposible para las manos protésicas rígidas), levantar un vaso de plástico lleno de agua sin abollarlo e incluso estrechar la mano de una persona.

En general, alcanzó una precisión superior al 99% al sujetar e identificar 15 objetos cotidianos. De hecho, el único objeto que causó confusión fue una piña, y bueno, ¿quién no ha tenido dificultades para sujetar una piña? 

En cuanto a la detección de texturas, los dedos híbridos también destacaron, superando tanto a los dedos blandos como a los rígidos con una precisión del 98%, frente al 82% y 83% respectivamente.

Desafíos y Perspectivas Futuras

Si bien los dedos híbridos lograron triplicar la fuerza de flexión de un dedo robótico blando, aún no alcanzan la fuerza de un dedo humano o de un robot rígido. Sin embargo, este estudio marca un avance hacia sistemas híbridos que combinan la precisión y fuerza de la robótica rígida con la flexibilidad y seguridad de la robótica blanda.

Otra característica prometedora de esta nueva mano protésica biomimética es su capacidad para ser controlada mediante electromiografía (EMG), una técnica que registra la actividad eléctrica de los músculos esqueléticos y que ya se usa en prótesis mioeléctricas, avanzadas extremidades artificiales que utilizan señales eléctricas de los músculos del usuario para controlar el movimiento.

En futuros prototipos, la combinación de sensores y codificación neuromórfica podría utilizarse para estimular directamente al usuario, creando un sistema de circuito cerrado que le permitiría sentir y manipular activamente los objetos de su entorno.