El revolucionario robot que estudia el equilibrio: de ayudar a las personas mayores a tener humanoides más estables

Fije la mirada en un punto fijo frente a usted y despegue uno de los pies del suelo, manteniendo el equilibrio. Ahora cierre los ojos y siga el mismo proceso. Para muchas personas este simple ejercicio es todo un reto. La práctica hace al maestro, pero otros factores pueden influir en el equilibrio de las personas.

El aumento de la edad o distintas enfermedades pueden producir retrasos grandes en la retroalimentación sensorial y hacer que sea más difícil mantener el equilibrio. Conocer cómo el cerebro mantiene a cada uno en pie en diferentes circunstancias puede ayudar a evitar caídas en pacientes.

Investigadores de la Universidad de la Columbia Británica han construido un gigantesco robot que intercambia cuerpos y cuya única función es ofrecer a los científicos una visión sin precedentes de cómo el cerebro se encarga de evitar que la persona pierda el equilibrio.

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Ahora pídale a un robot humanoide que realice ese mismo ejercicio. Solo unos pocos modelos están consiguiendo un nivel de control corporal capaz de desafiar el equilibrio de los humanos, algunos se atreven incluso a intentar bailar ballet.

Este estudio podría sentar las bases para una nueva generación de robots bípedos con mayor control físico. Además, pretende servir de inspiración para futuras terapias o tecnologías que faciliten la coordinación corporal en personas de carne y hueso.

Los años no perdonan

Los hallazgos de este estudio, publicados hoy en Science Robotics con la colaboración de Erasmus MC, revelan que, para mantener el equilibrio, el cerebro procesa los retrasos en la retroalimentación sensorial casi de la misma manera que procesa los cambios en la mecánica corporal. En otras palabras, el cerebro interpreta el espacio y el tiempo de forma similar para mantener el equilibrio.

Robot para estudiar el equilibrio Universidad de Columbia Británica Omicrono

Mantenerse erguido es una de las funciones más complejas del cerebro. Cada segundo, debe coordinar las señales de los ojos, el oído interno y los pies para evaluar, predecir y corregir los movimientos contra la fuerza de la gravedad.

Incluso en adultos sanos, las señales de equilibrio no llegan instantáneamente. Existe un retraso natural a medida que la información viaja al cerebro y regresa a los músculos. El envejecimiento o afecciones como la neuropatía diabética y la esclerosis múltiple pueden agravar estos retrasos, aumentando la probabilidad de caídas.

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Los científicos se encuentran con la dificultad de estudiar cómo el cerebro maneja estas situaciones. Para ello han desarrollado esta plataforma robótica, utilizando un curioso truco de física para modificar lo que siente el cuerpo.

Los participantes se colocan sobre plataformas de fuerza sujetas a un tablero impulsado por motores de alta precisión. El sistema reproduce las principales fuerzas que rigen la postura erguida: la gravedad que tira hacia abajo, la inercia que resiste el movimiento y la viscosidad, el efecto amortiguador de los músculos y las articulaciones que impide que una inclinación se convierta en una caída, por ejemplo.

Base del robot para estudiar el equilibrio Universidad de Columbia Británica Omicrono

En tiempo real, el robot va ajustando estas fuerzas. Si aumenta la incercia, el cuerpo se siente más pesado; una viscosidad más alta actúa como un freno, mientras que una viscosidad negativa hace lo contrario: como si alguien le empujara para que caiga más rápido en la dirección en la que se está moviendo.

Además, la máquina puede agregar un breve retraso de 200 milisegundos, lo que se puede describir como un abrir y cerrar de ojos. Esto se consigue al mantener el cuerpo inmóvil brevemente después de que intente moverse. Esa pausa hace que la respuesta parezca tardía, como cuando las señales nerviosas se ralentizan y hacen que las correcciones de equilibrio llegan después de lo esperado.

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Los investigadores realizaron tres experimentos controlados. En el primero, ese retraso provocó grandes oscilaciones e inestabilidad, mientras que en el segundo, los cambios en la inercia y la viscosidad crearon una inestabilidad similar.

En la tercera, se aumentó la inercia y la viscosidad para un nuevo grupo de participantes que enfrentaba retroalimentación retardada. La mayoría recuperó la estabilidad rápidamente y el balanceo se redujo hasta en un 80 %.

El robot de la UBC pronto se trasladará al nuevo edificio de salud Gateway de la UBC, donde distintos equipos de investigación lo utilizarán para avanzar en las tecnologías de prevención de caídas y apoyar un envejecimiento más saludable.

Robots y humanos menos torpes

Estudios como este tienen múltiples objetivos, como el desarrollo de herramientas, por ejemplo, wearables que añadan una resistencia suave cuando alguien empieza a balancearse, así como entrenadores robóticos que enseñen a los pacientes a adaptarse a su nueva condición neurológica, es decir, una retroalimentación más lenta.

Estos mismos conocimientos podrían incluso ayudar a los ingenieros a diseñar robots humanoides más estables, que a menudo tienen dificultades para mantenerse en pie. La destreza humana es una de las cualidades que más está costando transferir a estas máquinas como atestiguan recientes vídeos de caídas que se han popularizado en internet.

La celebración de las primeras olimpiadas robóticas en Pekín este año han sido una buena muestra de la destreza de los robots más avanzados, así como de sus errores. Los robots compitieron en deportes como atletismo, tenis de mesa, boxeo, fútbol y otros deportes clásicos. Las pruebas se saldaron con fuertes caídas, e incluso, brazos rotos.