Una tecnología capaz de mover objetos con el pensamiento y que reduce la fatiga mental

Los sistemas capaces de procesar los pensamientos y traducirlos a un comando para mover objetos son de gran utilidad para las personas que no pueden hablar ni moverse, pero tienen la desventaja de causar fatiga mental. Sin embargo, un investigador mexicano diseñó una interfaz inteligente que es capaz de aprender hasta en un 90 por cierto las instrucciones del usuario y, así, funcionar de manera autónoma y reducir la fatiga.

Este proyecto, denominado “Automatización de un sistema de interfaz cerebro-máquina”, está a cargo de Christian Isaac Peñaloza Sánchez, candidato a doctorado en Neurociencia Cognitiva aplicada a la Robótica en la Universidad de Osaka, en Japón.

“Trabajo desde hace tres años en esta investigación, basada en las interfaces cerebro-máquina, cuya función consiste en medir la actividad de las neuronas con el fin de obtener una señal generada por un pensamiento, la misma que es procesada y convertida en una indicación para mover, por ejemplo, una prótesis robótica, un cursor de computadora o electrodomésticos”, refiere el científico, quien forma parte de la Red de Talentos Mexicanos en el exterior, capítulo Japón.

Explica que el sistema está constituido por electrodos que se colocan en el cuero cabelludo de la persona, los cuales miden la actividad cerebral en forma de señales de electroencefalograma. Éstas se utilizan para detectar los patrones generados por diversos pensamientos, así como el estado mental del usuario (despierto, somnoliento o dormido, entre otros) y el nivel de concentración.

Asimismo, incluye una interfaz gráfica que muestra los aparatos u objetos disponibles, la cual interpreta las señales del electroencefalograma para asignar las órdenes del usuario y controlar los aparatos.

Además, hay sensores inalámbricos distribuidos en la habitación encargados de mandar información ambiental (como temperatura o iluminación); actuadores de hardware móviles que reciben las señales para prender y apagar los aparatos, así como un algoritmo de inteligencia artificial.

“Este último recolecta la información de los sensores inalámbricos, los electrodos y los comandos del usuario para aprender una correlación entre el ambiente de la habitación, el estado mental de la persona y las acciones frecuentes”, resalta Peñaloza Sánchez.

Agrega que con el fin de evitar que los usuarios presenten fatiga mental y frustración a causa de los altos niveles de concentración por periodos prolongados que requiere la operación de los sistemas, se instauró un sistema capaz de volverse autónomo.

“Le otorgamos capacidades de aprendizaje al sistema mediante la implementación de algoritmos inteligentes, los cuales aprenden, gradualmente, las preferencias del usuario. En un momento determinado puede tomar el control de los aparatos sin que la persona tenga que concentrarse más para lograr dicho objetivo”, apunta Peñaloza Sánchez.

Por ejemplo, detalla, un individuo puede utilizarlo para controlar una silla eléctrica y trasladarse de su habitación a la sala utilizando comandos básicos (adelante, atrás, izquierda o derecha), los cuales son aprendidos por el sistema. De esta manera, la próxima vez que quiera emprender la misma acción sólo será necesario que oprima un botón o lo piense para que la silla navegue de manera automática al destino deseado.

Una vez que el sistema funciona de manera automática, el usuario ya no tiene que ejercer concentración para controlar aparatos. Sin embargo, el sistema sigue monitoreando la información del electroencefalograma para detectar alguna señal llamada Negatividad Relacionada al Error. Se presenta en el momento en que las personas se percatan de algún error cometido por ellos mismos o por una máquina.

Por ejemplo, cuando en la estancia la temperatura es cálida el usuario espera que la ventana se abra automáticamente, pero si el sistema comete un error y prende la televisión, esta acción puede ser detectada por el cerebro humano de una forma espontánea sin que el usuario haga esfuerzo alguno. Lo anterior permite que el comando que causó el error sea corregido y el sistema re-entrenado.

“Hemos tenido resultados bastante favorables en diversos experimentos con múltiples personas que han participado como voluntarios en nuestros experimentos en vivo. Se comprobó que la fatiga mental del usuario disminuye de manera significativa y que el nivel de aprendizaje del sistema incrementa substancialmente”, puntualiza. 

Enviar energía inalámbricamente a dispositivos médicos implantados dentro del cuerpo

Un nuevo y prometedor sistema de transmisión energética inalámbrica es capaz de utilizar la misma energía que un teléfono móvil para transmitir con seguridad energía a diminutos aparatos electrónicos médicos tales como marcapasos, estimuladores de nervios, o nuevos sensores y dispositivos aún por desarrollar. Los tamaños de los aparatos energizados por este sistema pueden ser tan pequeños como un grano de arroz, el tamaño de un chip que ha sido energizado con éxito en las pruebas.

El sistema, desarrollado por la ingeniera electrónica Ada Poon, de la Universidad de Stanford en California, Estados Unidos, puede abrir las puertas a una nueva generación de dispositivos médicos implantables, para tratar enfermedades o aliviar el dolor.

Los resultados ahora presentados públicamente por la profesora Poon son la culminación de años de esfuerzos encaminados a eliminar las voluminosas baterías y los sistemas de recarga difíciles de manejar, que impiden que los dispositivos médicos se utilicen de forma más amplia.

Uno de los ejemplos más espectaculares es un dispositivo electrónico, construido por el equipo de Poon y más pequeño que un grano de arroz, que actúa como un marcapasos. Puede ser energizado o recargado inalámbricamente manteniendo una fuente de energía del tamaño de una tarjeta de crédito sobre el dispositivo, fuera del cuerpo.

Un electroestimulador sin batería junto a píldoras medicinales, a efectos de comparación de tamaños. El nuevo método permite emplazar al dispositivo en el interior del cuerpo, en lugares profundos como el corazón o el cerebro, y ser energizado de forma inalámbrica desde el exterior.

La nueva tecnología podría incluso proporcionar un camino hacia un nuevo tipo de medicina que permita a los médicos tratar enfermedades con electrónica en vez de con fármacos.

La clave de este éxito tecnológico está en el hallazgo de un nuevo tipo de transferencia de energía inalámbrica que puede transportarla con seguridad al interior del cuerpo, a través de órganos y tejidos, y usando aproximadamente la misma energía que un teléfono móvil (celular) común.

Poon y sus colaboradores han usado este sistema de recarga inalámbrico para energizar a un pequeño marcapasos en un conejo. La ingeniera está actualmente preparando el sistema para su ensayo en humanos. Si todo sale bien, podrían ser necesarios aún varios años para satisfacer los requerimientos de seguridad y eficacia en el uso de ese sistema de recarga inalámbrica en dispositivos médicos comerciales, pero en cualquier caso se habrá abierto un nuevo camino médico, potencialmente revolucionario.

Singular robot con sistema de locomoción basado en el concepto de tensegridad

Tal como se pudo ver en una exhibición reciente de un prototipo de robot de la NASA, son muchas las posibilidades de los robots basados en una innovadora adaptación de una arquitectura mecánica un tanto exótica. El robot que ha sido demostrado en las pruebas está basado en una estructura de tensegridad dinámicamente controlada, integrada por un conjunto de varillas conectadas y suspendidas por cables tensados.

El robot de tensegridad será utilizado para investigar cómo las estructuras de tensegridad pueden ser controladas por ordenadores. El equipo que se ocupa de esta línea de investigación, del Grupo de Robótica Inteligente, está interesado en las estructuras basadas en varillas interconectadas y suspendidas por cables tensados, ya que tienen un gran potencial para ahorrar espacio, peso y energía, y podrían ser usadas para una amplia gama de tareas en futuras misiones espaciales de la NASA, incluyendo el despliegue de antenas, la alineación de grandes cargas útiles y el direccionamiento de paneles solares.

Este concepto es también aplicable a robots para explorar superficies escarpadas en otros mundos. Los diseños de robots planetarios basados en el concepto son muy prometedores. Se basan en un cambio radical, de la tradicional robótica rígida hacia los robots de "tensegridad", compuestos en su totalidad de barras y cables entrelazados. Las estructuras de tensegridad, que el arquitecto, inventor y escritor Richard Buckminster Fuller ayudó a descubrir, son estructuras tensadas exóticas, sin conexiones rígidas, singularmente ligeras, robustas y desplegables.

Un prototipo de superbalón robótico de tensegridad de la NASA, construido por Ken Caluwaerts de la Universidad de Gante en Bélgica, y puesto a prueba en un terreno especial para pruebas, del Centro Ames de Investigación de la NASA, en Moffett Field, California, Estados Unidos.

El trabajo realizado bajo la dirección de Vytas SunSpiral (Grupo de Robótica Inteligente) y Adrian Agogino (Grupo de Ingeniería de Software Robusto), y con la colaboración de David Atkinson de la Universidad de Idaho en Estados Unidos, es el desarrollo de un concepto de misión en la que un "superbalón robótico" de tensegridad rebota al aterrizar de forma ruda en un planeta y luego se deforma para rodar hacia lugares de interés científico. Esta combinación de funciones es posible debido a las cualidades estructurales únicas de las tensegridades, las cuales son ligeras, pueden absorber energías de impacto significativas, y se pueden desplegar desde configuraciones muy plegadas en las que ocupan volúmenes minúsculos. Así, las estructuras de tensegridad pueden ser utilizadas al igual que un airbag para aterrizar en una superficie planetaria, y luego la nave espacial se deforma de manera controlada para avanzar rodando hasta las zonas deseadas del planeta.