9 jul. 2012

Crean unas piernas robóticas que andan como un humano [Video]

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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