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Neuromechanical Simulation and Sensory Feedback for the Control of Bionic Legs

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Dar a los amputados un mayor control sobre su pierna biónica

Una nueva plataforma permite a los amputados controlar y percibir mejor cómo se mueve una prótesis.

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Las piernas biónicas han experimentado enormes avances en la última década. «A pesar de estos avances en las propias prótesis, las interfaces utilizadas para controlarlas siguen sin ser óptimas, lo que dificulta la marcha del amputado», afirma José González, responsable de investigación de Ottobock, empresa especializada en innovaciones protésicas. Con el apoyo del proyecto SimBionics, financiado con fondos europeos, en Ottobock se pretende acortar la brecha entre prótesis y control. Para ello, el equipo del proyecto ha desarrollado y probado una novedosa forma de controlar piernas biónicas mecatrónicas motorizadas. «Desarrollamos una plataforma no invasiva que permite a un amputado controlar voluntariamente una pierna biónica a la vez que percibe cómo se mueve la prótesis», añade González. La investigación se llevó a cabo con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie.

Creación de una copia digital de la pierna humana

La innovación de SimBionics comienza con una copia digital de la pierna humana, con todos los huesos y los músculos y tendones adheridos. El concepto, desarrollado en la Universidad de Twente, utiliza las señales eléctricas generadas por los músculos residuales del muñón del amputado, llamadas electromiografía (EMG), para impulsar la versión digital de la pierna fantasma del amputado. «Como el comportamiento que estimamos de la pierna virtual refleja el comportamiento de la pierna fantasma del amputado, puede utilizarse para controlar la pierna biónica», explica González.

Medir la electromiografía de la superficie de la piel

El equipo de SimBionics pretendía basarse en EMG medidas en la superficie de la piel, no a través de un dispositivo implantado. Aunque esto permite al amputado evitar la cirugía invasiva, manejar una prótesis utilizando únicamente EMG de superficie no es completamente fiable. Por este motivo, los investigadores modelaron características importantes del sistema nervioso central, como los reflejos musculares y los primitivos, que se cree que son los que impulsan nuestra marcha. «Estos modelos pueden mejorar aún más la robustez y fiabilidad del control de la prótesis, esencialmente haciéndola más sensible a las perturbaciones externas y mejorando el equilibrio del amputado», destaca González.

La retroalimentación sensorial artificial permite al amputado saber qué hace la pierna biónica

Otra característica clave de la innovación del equipo de SimBionics es el uso de retroalimentación sensorial artificial para devolver al amputado la sensación de lo que hace la pierna biónica. El sistema de retroalimentación, desarrollado en la Universidad de Aalborg, funciona leyendo los datos de los sensores integrados en la prótesis, así como los añadidos externamente, y traduciendo esta información en perfiles de estimulación que luego se envían al amputado. «Dar al amputado la capacidad de saber si la pierna se mueve o no, no sólo aumentará su control de la prótesis, sino que también podría mejorar la seguridad y la confianza», apunta González.

Ayudar a los amputados a caminar a diferentes velocidades

Una vez reunidas todas estas funciones y componentes, era hora de poner a prueba esta tecnología. Probado con diferentes amputados, los investigadores demostraron con éxito cómo SimBionics puede ayudar a los usuarios a caminar a diferentes velocidades y realizar otros movimientos complejos. «El proyecto abre la puerta a una nueva forma de pensar sobre el control protésico de las extremidades inferiores, con el objetivo de recrear los bucles sensoriomotores biológicos utilizando la modelización neuromusculoesquelética y la retroalimentación sensorial artificial», concluye González.

Palabras clave

SimBionics, amputados, pierna biónica, prótesis, copia digital, electromiografía, retroalimentación sensorial artificial, sensores

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