Desarrollan control para exoesqueleto que facilita la movilidad en personas

Sergio Rosario Salazar Cruz, Rogelio Lozano Leal y Jesús Ricardo López Gutiérrez, investigadores titulares de la UMI

El “Informe mundial sobre discapacidad de 2023” publicado por la Organización Mundial de la Salud arrojó que, en el mundo, una de cada seis personas vive con algún tipo de limitación física, y este número aumenta con los años debido a enfermedades congénitas, accidentes de trabajo o al envejecimiento de la población.

En atención a este problema y con el fin de brindar opciones más cómodas y completas que devuelvan la autonomía a las personas con discapacidad, un grupo científico de la Unidad Mixta Internacional (UMI) del Laboratorio Franco Mexicano de Informática y Control Aplicado (LAFMIA) del Cinvestav, desarrolló un control para regular la posición de un exoesqueleto que ayuda a las articulaciones de la rodilla y la cadera en las tareas de sentarse y ponerse de pie.

Actualmente existen dispositivos que permiten, al usuario o usuaria en silla de ruedas, levantarse desde una posición tumbada o sentada para ponerse completamente de pie, sin embargo, la mayoría de los exoesqueletos se enfrentan a la presencia de dificultades causadas por la complejidad del movimiento de las extremidades humanas como son las condiciones en las que se encuentra el o la paciente, si presenta espasmos e incluso sus proporciones anatómicas.

Por ello, Jesús Ricardo López Gutiérrez, encargado del área de exoesqueletos de la UMI, señaló que la novedad de este prototipo radica en la incorporación de un Control de Modo Deslizante de Terminal Rápido No Singular, que tiene la función de regular el desplazamiento del exoesqueleto y cuyas ventajas abarcan una conexión rápida y eficiente entre los distintos elementos del sistema para obtener la posición deseada y la estabilidad frente a factores y condiciones externas.

Adicionalmente, el controlador elimina las variaciones en el movimiento, lo que disminuye el riesgo de caída del usuario o usuaria, manteniendo su cuerpo en una región de seguridad.

Demostración sobre cómo usar el exoesqueleto

El prototipo, diseñado para sostener a un individuo que mida 165 centímetros de altura y pese hasta 120 kilogramos, consta de dos sistemas independientes: una base móvil con la capacidad de transportar a la persona en cualquier posición mediante cuatro ruedas controladas por una palanca de mando y el exoesqueleto, capaz de sostener al o la paciente mediante tres cinturones (uno en cadera y los otros dos en las piernas).

Este último tiene tres formas posibles de ser controlado: botones adheridos a la estructura, aplicación Android o mediante un dispositivo portátil que se coloca en el antebrazo para tener las manos libres en caso de requerir hacer otra actividad, llamado Myo Armband, el cual reconoce señales eléctricas producidas por los músculos del antebrazo durante el proceso de contracción y relajación.

Las señales son leídas e interpretadas por una computadora integrada que después las envía a otra plataforma encargada de mover los motores y controlar la posición de cada articulación.

Posteriormente, estas nuevas señales se convierten en voltaje que acciona seis actuadores lineales interconectados de tal forma que producen la fuerza necesaria en las articulaciones de la cadera y de la rodilla para lograr que se realicen las tareas de pararse-sentarse y viceversa.

Estas transiciones requieren el seguimiento correcto de dichos movimientos para evitar el riesgo de caída. Por ello, fue importante registrar las trayectorias de los movimientos de las articulaciones de una persona considerada sana, con el Sistema Optitrack, el cual permite sentir un movimiento suave y natural en cada transición de sentarse-pararse.

Finalmente, para mover el exoesqueleto se requieren diversos pasos: primero se desbloquea (posición del pulgar al dedo meñique), en segundo lugar, se pone un candado que evita la interrupción entre tareas (puño) y, por último, la mano hacia adentro logrará la transición de ponerse de pie y la mano hacia afuera selecciona la tarea de sentarse.

En este momento el exoesqueleto se encuentra en fase de prototipo, la siguiente fase es llevarlo al Instituto Nacional de Rehabilitación para evaluarlo con pacientes y comprobar su utilidad de acuerdo a las peculiaridades de cada persona, con el fin de mejorar su seguridad durante el uso.    

El artículo que describe el desarrollo de esta tecnología fue reconocido como uno de los mejores publicados en 2020 por la revista Control Engineering Practice, de la Federación Internacional de Control Automático, por ser un gran ejemplo de la aplicación directa de la teoría de control y sus herramientas de apoyo en las áreas de la automatización.

Sobre el reconocimiento, Rogelio Lozano Leal y Sergio Rosario Salazar Cruz, director y coordinador de la UMI, respectivamente, señalaron que el éxito fue posible por la colaboración entre los distintos grupos de investigación que hay en esta Unidad, lo cual garantizó incorporar los conocimientos de las diversas áreas, tanto prácticas como teóricas, en una aplicación capaz de brindar soluciones a problemáticas de salud prioritarias.