La interacción entre humanos y robots como principal reto de la bioingeniería

La aplicación de los recientes avances tecnológicos a la robótica está extendiendo la aplicación de éstos a nuevos ámbitos. Inicialmente, los robots fueron concebidos para ser usados en entornos industriales para reemplazar al hombre en tareas repetitivas, tediosas o con requisitos de precisión elevados. Desde hace unas décadas, se observa una transición hacia una interacción creciente con el ser humano, en particular en sistemas de rehabilitación y asistencia. En este contexto, surge el Grupo Temático de Bioingeniería dentro del marco del Comité Español de Automática (CEA). La bioingeniería es un campo amplio y en constante evolución que combina principios de la ingeniería, la biología y la medicina. Dentro de este marco, las actividades de nuestro grupo temático se centran en el desarrollo de tecnologías para comprender, monitorear, asistir y restaurar el control motor humano. Como parte de estas actividades, los grupos han ampliado su investigación de la robótica tradicional al campo de la bioingeniería, adoptando tecnologías emergentes e inspirándonos más en la neurociencia. Identificamos componentes científicos y tecnológicos fundamentales, que han de ser entretejidos cuando se estudia la interacción entre dispositivos artificiales y organismos con el fin de extender o mejorar la capacidad funcional de las personas, en particular de aquéllas afectadas por trastornos neurológicos.

Debido a su robustez, adaptabilidad y capacidad para integrar información multimodal acerca del paciente, la tecnología robótica se encuentra en una posición privilegiada para conducir los pacientes a niveles de recuperación sin precedentes. Este tipo de robots están orientados a la persona, lo que impone restricciones y requerimientos específicos en su diseño. El aspecto distintivo de estos robots es la doble interacción, física y cognitiva, con el usuario. La función principal de la interacción física es la generación de fuerzas que suplementen la del humano más allá de sus límites físicos, sean estos naturales o causados por una enfermedad o trauma. El papel de la interacción cognitiva es asegurar que el usuario recibe información de la interacción del robot con su entorno al tiempo que le permite comandarlo.

Dentro de este marco, la automática juega un papel clave, ya que permite el desarrollo de sistemas de control más personalizados y adaptativos para las tecnologías de asistencia. Estudios recientes han demostrado que tener en cuenta los requisitos del usuario y la estrecha participación de los usuarios finales en el diseño y desarrollo de robots de asistencia puede ser beneficioso para mejorar el rendimiento y aumentar su uso. Sin embargo, algunos enfoques individualizados requieren largos períodos de entrenamiento antes de alcanzar un perfil de asistencia óptimo. Como alternativa a estos enfoques, investigaciones recientes han demostrado el potencial de la optimización del control en tiempo real de un exoesqueleto utilizando la dinámica muscular de un usuario (medida a través de imágenes de ultrasonido), demostrando una mayor reducción de las demandas metabólicas en comparación con otros perfiles genéricos de asistencia en la literatura. Estos estudios demuestran cómo se pueden utilizar enfoques únicos, no sólo para diseñar robots de asistencia aplicados al campo de la medicina, sino que también se pueden emplear para generar conocimiento científico. El futuro de la automática en este campo pasa por la búsqueda y desarrollo de estudios que adopten enfoques personalizados, y que pongan a los usuarios finales (trabajadores en tareas repetitivas o individuos con impedimentos físicos y neurológicos) al frente y en el centro del desarrollo de tecnologías de asistencia y rehabilitación. Los enfoques relacionados que convergen hacia la personalización sin requerir una capacitación extensa serán sin duda beneficiosos para mejorar la experiencia del usuario. En este sentido, la automática y, en particular, el uso de los desarrollos recientes en inteligencia artificial (IA) respaldan el desarrollo de terapias dirigidas por el usuario, lo cual es crucial para promover una interacción entre el robot y el humano más natural.

En la siguiente generación de estos dispositivos, la línea que separa el sistema robótico del ser humano será más difusa. Para alcanzar este objetivo, la robótica no necesita solamente avances tecnológicos, sino también más ciencia. La aproximación propuesta por la bioingeniería está fundamentada en la investigación y la búsqueda de inspiración en los modelos biológicos (en especial el humano) para el diseño de sistemas robóticos innovadores, robusto y más aceptables por el ser humano. Esta tecnología ayudará en la rehabilitación y asistencia de personas mayores y discapacitados, una población creciente con unas necesidades especiales dentro de la sociedad europea.

Eduardo Rocon

Coordinador del Grupo Temático de Bioingeniería 

del Comité Español de Automática

Profesor de Investigación, Centro de Automática y Robótica, CSIC-UPM

----

Este artículo aparece publicado en el nº 546 de Automática e Instrumentación págs. 14 y 15.