El algoritmo que impactará significativamente las prótesis, AR, robótica y otros campos

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Un algoritmo que promete mejorar enormemente el seguimiento simultáneo de cualquier número de imanes ha sido ideado por un equipo de investigadores del MIT Media Lab (Escuela de Arquitectura y Planificación en el Instituto de Tecnología de Massachusetts).

Esto, de acuerdo a lo anunciado desde la institución, tendría importantes implicaciones significativas para las prótesis, la Realidad Aumentada (AR), la robótica y otros campos.

Cameron Taylor, estudiante graduado e investigador principal en el grupo de Biomecatrónica de Media Lab, ha dicho que el algoritmo reduce drásticamente el tiempo que les toma a los sensores determinar las posiciones y orientaciones de los imanes incrustados en el cuerpo, la madera, la cerámica y otros materiales.

Por su parte, Hugh Herr, profesor de Artes y Ciencias de los Medios en el MIT y jefe del grupo de Biomecatrónica, comentó que ha estado soñando durante años con un enfoque mínimamente invasivo para controlar las prótesis y que los imanes ofrecen ese potencial.

“Pero las técnicas anteriores eran demasiado lentas para rastrear el movimiento de los tejidos en tiempo real a un ancho de banda alto”.

“Seguimiento de baja latencia de múltiples imanes permanentes”, como se ha denominado al trabajo donde Haley Abramson (estudiante de pregrado del MIT) también es coautora, ha sido publicado por la revista científica IEEE Sensors Journal.

Impacto en las prótesis

En la publicación del MIT Media Lab se ha explicado que las prótesis se han basado durante años en la electromiografía para interpretar mensajes del sistema nervioso periférico de un usuario. Entonces, los electrodos unidos a la piel adyacente a los músculos miden los impulsos administrados por el cerebro para activarlos.

Es un sistema menos que perfecto, según lo planteado. Y es que se hace limitada la capacidad de los electrodos para detectar señales que cambian con el tiempo, así como para estimar la longitud y la velocidad del movimiento muscular, por lo que el uso de los dispositivos puede ser incómodo.

“Los científicos han intentado durante mucho tiempo descubrir una forma de usar imanes que se pueden incrustar en el cuerpo, de forma indefinida, para controlar la robótica de alta velocidad”.

Sin embargo, se han encontraron con un gran obstáculo: las computadoras tardaron demasiado en determinar con precisión dónde estaban los imanes e iniciar una reacción.

Taylor ha señalado que el software necesita adivinar dónde están los imanes y en qué orientación. “Comprueba qué tan bien se adivina el campo magnético que ve y, cuando está mal, adivina una y otra vez hasta que se concentra en la ubicación”.

Lo que Taylor ha comparado con un juego de Hot and Cold se trata de un proceso que requiere muchos cálculos y esto retrasa el movimiento.

“Los sistemas de control robótico requieren velocidades muy altas en términos de reactividad. Si el tiempo entre la detección y la activación por una plataforma diseñada es demasiado largo, puede ocurrir inestabilidad del dispositivo”, ha puntualizado Herr.

Una computadora, entonces, necesitaría identificar rápidamente qué dirección era “más cálida” antes de adivinar la ubicación de un imán para disminuir el retraso en su seguimiento.

Es por esto que a Taylor se le ha ocurrido que la dirección “más cálida” podía calcularse muy rápidamente utilizando técnicas simples de codificación por computadora.

“Supe de inmediato que era posible, lo cual fue extremadamente emocionante. Pero aún tenía que validarlo”.

Taylor y los miembros de su equipo de investigación en el MIT Media Lab, una vez validado, han tenido que resolver otro problema que complica el seguimiento del imán: la perturbación del campo magnético de la Tierra.

Para eliminar esa interferencia, los métodos tradicionales no eran prácticos para el tipo de sistema compacto y móvil necesario para prótesis y exoesqueletos. Es por esto que el equipo ha llegado a una solución elegante al programar su software de computadora para buscar el campo magnético de la Tierra como si fuera simplemente otra señal magnética.

Importancia del algoritmo

Según Taylor y Herr, el nuevo algoritmo significa que el seguimiento magnético de objetivos puede extenderse a aplicaciones de alta velocidad en tiempo real que requieren el seguimiento de uno o más objetivos, eliminando la necesidad de una matriz fija de magnetómetro.

“El software habilitado con el nuevo algoritmo podría mejorar en gran medida el control reflexivo de las prótesis y exoesqueletos, simplificar la levitación magnética y mejorar la interacción con dispositivos de Realidad Aumentada y Virtual”.

Herr ha comentado que existe todo tipo de tecnología para implantarse en el sistema nervioso o los músculos para controlar la mecatrónica, pero que generalmente hay un cable a través del límite de la piel o componentes electrónicos incrustados dentro del cuerpo para realizar la transmisión.

“La belleza de este enfoque es que estás inyectando pequeñas cuentas magnéticas pasivas en el cuerpo y toda la tecnología permanece fuera del cuerpo”.

Se ha conocido que el grupo de Biomecatrónica está principalmente interesado en usar sus nuevos hallazgos para mejorar el control de las prótesis, pero Hisham Bedri, un graduado del Media Lab que trabaja en realidad aumentada, ha dicho que las aplicaciones potenciales de los avances son enormes en el mercado de consumo.

“Si quisieras entrar en el mundo de la Realidad Virtual y, por ejemplo, patear una pelota, esto es muy útil para algo así. Esto acerca ese futuro a una realidad”.

De acuerdo a lo anunciado, el grupo ha solicitado una patente sobre su algoritmo y su método para usar imanes para rastrear el movimiento muscular. Además, se encuentra trabajando con la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos en la orientación para la transición del seguimiento magnético de banda ancha y alta velocidad al ámbito clínico.

Ahora mismo los investigadores se están preparando para hacer un trabajo preclínico para validar que esta técnica funcionará para rastrear tejidos humanos y controlar prótesis y exoesqueletos.

Es posible que se comiencen las pruebas en humanos este año, según Herr, quien también ha querido puntualizar que esto no es algo que esté fuera en 10 años.