Un grupo de investigadores estadounidense ha creado la que, afirman, es la primera réplica completa de unas piernas humanas.
Han fabricado un robot que imita musculatura y estructura ósea de las
extremidades inferiores, y lo han conectado a un ordenador que emula el sistema nervioso que las pone en funcionamiento.
En
el proceso del desarrollo de estas piernas los investigadores han
podido desgranar los múltiples factores que intervienen en el andar
humano. Algo aparentemente sencillo, pero que exige la coordinación de decenas de músculos y un incesante flujo de información entre las extremidades y el sistema nervioso. Según el estudio, publicado en la revista Journal of Neural Engeneering, el robot permitirá poner a prueba hipótesis de neurocientíficos sobre, por ejemplo, cómo aprende a andar un bebé.
Replicar todos los aspectos de una pierna no es sencillo. Hay músculos agonistas, antagonistas —hacen movimientos «opuestos»— y otros con doble funcionalidad. También hay huesos, tendones que unen todo, y tres articulaciones
en juego —rodillas, tobillos, cadera—. Y ésto es sólo la mitad del
problema. Por otra parte está el «software» que ha de coordinarlo todo
basándose en los estímulos sensoriales que recibe de cada pieza, y establecer una cadencia rítmica.
Cómo se fabrican unas piernas robot
La parte física del robot está basada en un modelo ligeramente simplificado de las piernas humanas compuesto por tres articulaciones y nueve actuadores musculares.
Cada músculo se representa con una correa de kevlar unida a un motor
con capacidad para regular la longitud de ésta. También cuentan con un sensor de carga que
permite enviar sus «sensaciones» al sistema neuronal que controla todo.
En total, miden unos 55 centímetros de altura en extensión plena.
Dentro de la parte neuronal, el grupo de investigadores ha puesto especial hincapié en replicar el Generador Central de Patrones (CPG),
una red neuronal dentro de la médula espinal que se encarga de que un
humano pueda «andar sin pensar». El CPG emite señales rítmicas que
permiten establecer una cadencia concreta
al caminar (y gastar poca energía al hacerlo). También recoge
información de distintas partes del cuerpo y la aplica a los pasos.
Para imitar el CPG los científicos desarrollaron una red neuronal computacional —denominada «medio-centro»—
que dispara dos señales eléctricas de manera intercalada, y que también
recogía información de los sensores de carga de los «músculos» de
kevlar. «Fuimos capaces de producir una zancada que imitaba el andar
humano usando un «medio-centro» para controlar las caderas y un conjunto
de respuestas reflejas controlando la parte inferior de la
articulación», afirmó Theresa Klein, coautora del trabajo.
Según
los investigadores, es probable que los bebés humanos den sus primeros
pasos basándose en un «medio-centro» sencillo —parecido al del robot— y
con el tiempo desarrollen unos patrones de caminar más complejos y
perfeccionados.
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