El impulso viene de lejos y ha marcado, en muy buena medida, la ruta de las sociedades humanas: como reemplazar lo perdido y recuperar algunas funciones del cuerpo lastimado. La aplicación de sistemas de Inteligencia Artificial comienza a dar respuestas esperanzadoras.
| Comentario de Jesús Manuel Dorador González
Desde la antigüedad, el ser humano ha buscado la forma de suplir algunas de las partes del cuerpo afectadas por accidentes o enfermedades. De los casos más conocidos, en gran medida debido a la literatura, son las “patas de palo” o los garfios utilizados por piratas y marineros. Estas prótesis, si bien relativamente simples, permitían a los navegantes recuperar la facultad de caminar y continuar con actividades fundamentales en los barcos de vela (hechura de nudos y amarres, por ejemplo).
Según la definición del diccionario, una prótesis es una pieza, aparato o sustancia que se coloca en el cuerpo para reemplazar alguna de sus funciones, además de cumplir fines estéticos. De ahí que podamos establecer que una prótesis ortopédica es aquella cuya función sería sustituir algún miembro del cuerpo, cumpliendo la función del natural.
De acuerdo con el último Censo Nacional de Población y Vivienda,1 en México existen casi 21 millones de personas con algún tipo de discapacidad. De ellos, más de siete millones registran alguna discapacidad motriz y casi un millón ha sufrido alguna amputación.
A esta dimensión estadística, que deberá actualizarse por los años transcurridos, es necesario agregar la perspectiva médica: en el caso de discapacidad motriz se pueden requerir sistemas ortésicos o protésicos hechos a la medida de cada persona. Esta situación, que representa un desafío para el sistema de salud, sólo podrá enfrentarse mediante el desarrollo y la aplicación de la tecnología más avanzada.2
De la mecánica a la IA
En todas las culturas, atravesando milenios, el ser humano ha buscado la forma de recuperar los miembros perdidos. El primer registro histórico que se conoce es el de una momia egipcia con prótesis de dedo gordo del pie. En la Edad Media se sustituían los brazos perdidos con prótesis metálicas que facilitaran sujetar lanzas o escudos, así como piernas artificiales que permitieran montar a caballo.
En tiempos relativamente recientes, los avances científicos y tecnológicos, junto con el desarrollo de nuevos materiales, han permitido que las prótesis evolucionen. Estos avances fueron impulsados principalmente por las guerras, de las que muchos soldados regresaban amputados.
En la actualidad, las prótesis más utilizadas son las mecánicas. Por ejemplo, las prótesis de miembro superior funcionan por medio de un arnés que se coloca en el hombro del lado contrario: al moverlo hacia adelante o atrás se abre y cierra la mano protésica.
En la segunda mitad del siglo XX, el surgimiento de la mecatrónica (combinación sinérgica de sistemas mecánicos de precisión, electrónica de control y sistemas de información computarizados) permitió el rápido crecimiento y desarrollo de productos, sistemas y máquinas, así como de sistemas productivos y de automatización, todos ellos fundamentales para la industria 4.0 y el surgimiento del “internet de las cosas”.
Se trabaja en la inclusión de sistemas de propiocepción que hagan posible que el amputado sepa cuál es la posición del miembro artificial respecto a su cuerpo, así como las acciones que realiza sin tener que estar observando la prótesis.
Los avances recientes en mecatrónica han permitido que las manos protésicas sean activadas mediante señales mioeléctricas (que envía el cerebro a los músculos del muñón), lo que hace posible la apertura y el cierre de los dedos controlados por impulsos electroquímicos que envía el cerebro a los músculos. Sin embargo, las señales mioeléctricas obtenidas en bíceps y tríceps permiten un número limitado de señales de control; esto, a su vez, restringe los movimientos de la prótesis.
La persona amputada requiere entrenar durante varios meses para controlar las señales de reposo, media fuerza y fuerza completa que envía a los músculos del muñón. Estas limitantes en las señales han provocado que las prótesis mioeléctricas sólo sean capaces de realizar movimientos de apertura y cierre de la mano, y no de control independiente de los dedos. Algunas prótesis cuentan con motores independientes para los dedos, lo que facilita la sujeción de objetos, pero aún no es posible el control independiente de cada uno de éstos.
Actualmente, se realizan esfuerzos de investigación y desarrollo tecnológico con el propósito de dotar de Inteligencia Artificial (IA) a los sistemas protésicos mediante sistemas basados en microprocesadores programados para lograr movimientos similares a los naturales. Estos sistemas interactúan con el exterior por medio de sensores que permiten conocer la presión con la que se sujeta un objeto, la temperatura, humedad y otras variables externas, así como la velocidad y la aceleración con la que se mueven los componentes de la prótesis. Identificar estas variables permite a la prótesis no sólo reconocer las acciones que se realizan, sino las circunstancias en las que se llevan a cabo, lo que facilita la toma de decisiones.
Asimismo, se trabaja en la inclusión de sistemas de propiocepción que hagan posible que el amputado sepa cuál es la posición del miembro artificial respecto a su cuerpo, así como las acciones que realiza sin tener que estar observando la prótesis. Esta retroalimentación se traducirá en una mucho mejor adaptación a la prótesis y, por tanto, en una mejor rehabilitación; es decir, en la recuperación de una mayor cantidad de las funciones perdidas.
Por lo que se refiere a las prótesis de miembro inferior, ya se cuenta con rodillas que, a partir de sistemas de IA, deducen si la persona está caminando, corriendo, subiendo o bajando escaleras, acelerando o desacelerando el paso. Esta aplicación de sistemas de IA sirve para adaptar el nivel de amortiguación que realizan las rodillas, lo que permite a la persona realizar una marcha muy parecida a la natural, aún en terrenos irregulares; lo cual, además de comodidad, brinda seguridad a los usuarios.
Manufactura aditiva
Hace más de seis décadas, las máquinas de control numérico computarizado revolucionaron la manera de fabricar piezas, ya que se pudo programar la producción en forma continua y con una complejidad cada vez mayor.
Con el surgimiento de los sistemas de diseño y manufactura asistidos por computadora, en la década de 1980 se facilitó tanto el proceso de diseño como la programación de las máquinas de control numérico, lo que permitió que la manufactura se realizara a mayor velocidad y con reducción de errores.
Las tecnologías de manufactura aditiva comenzaron a utilizarse a finales del siglo XX. Con ellas fue posible “imprimir” en tres dimensiones los diseños realizados por computadora. Estos sistemas permiten la fabricación de piezas multifuncionales con geometrías complejas, eliminando la necesidad de múltiples piezas separadas.
Los sistemas de control numérico computarizado y de manufactura aditiva han incorporado sistemas de inteligencia artificial, lo que garantiza un funcionamiento cada vez más eficiente y autónomo. Por ejemplo, es posible determinar la vida útil de una herramienta, variar las velocidades de corte o de deposición de material, dependiendo de las condiciones ambientales, o fabricar componentes altamente personalizados.
Tradicionalmente, las órtesis y prótesis han sido manufacturadas de manera artesanal por expertos calificados. El procedimiento se puede sintetizar en las siguientes etapas: luego de realizar la valoración del paciente, se toma el molde del muñón en el que se colocará la prótesis. Con este molde se elabora un positivo en yeso, sobre el cual el protesista puede hacer ajustes en los puntos críticos o de presión.Una vez que el positivo en yeso está listo, se elaboran las cuencas protésicas (interfaz entre el amputado y la prótesis) o las órtesis, que pueden ser plantillas, corsés y otros aditamentos que ayudan a corregir la postura y evitar más daños, al mismo tiempo que les permiten realizar actividades.
Este proceso artesanal es largo y requiere tomar medidas al paciente, muchas veces en forma invasiva, lenta y tediosa, tanto para el paciente como para el protesista. Una toma de medidas para realizar el molde puede llevar más de una hora.
Gracias a la incorporación de las nuevas tecnologías de manufactura esto ha empezado a cambiar. En la actualidad, existen sistemas basados en control numérico y en robótica que permiten la elaboración de modelos positivos de los muñones a partir de sistemas de diseño asistido por computadora. Estos modelos se obtienen mediante sistemas de escaneo que reducen considerablemente el tiempo y el esfuerzo, lo que redunda en un mayor confort para los pacientes. En lugar de una hora, el escaneo del muñón se realiza en unos pocos minutos y el sistema no es invasivo.
En suma, que los sistemas de IA, aplicados tanto a las órtesis y prótesis como a su manufactura, representan una oportunidad disruptiva sin precedentes en esta área, con el consecuente beneficio para los pacientes y los protesistas.
NOTAS
1 Inegi, Censo Nacional de Población y Vivienda 2020. Disponible en https://bit.ly/3SrUS5T.
2 Cf. Eduardo Vázquez Vela Sánchez, ed. (2016). Los amputados y su rehabilitación. Un reto para el Estado, México, Intersistemas / Conacyt. Disponible en https://bit.ly/3TB2ogq (Consultado el 30 de octubre de 2022).
