Se podría decir que, en parte, los orígenes de los exoesqueletos y las prótesis robóticas modernas se remontan a mediados de los años 60 del siglo XX, cuando las fuerzas armadas estadounidenses se asociaron con la firma General Electric para intentar el desarrollo de un traje electromecánico. La finalidad del aparato, bautizado Hardiman, sería amplificar la fuerza del usuario hasta 25 veces. Ello permitiría a un soldado levantar pesos de hasta 680 kilogramos con el mismo esfuerzo que le demandaría levantar sin asistencia alrededor de 27 kilos.

El proyecto fracasó. De hecho, jamás se puso en marcha con un usuario. ¿El problema? La inexistencia de una interfaz que comunicara al aparato de manera eficiente los movimientos que deseaba realizar la persona.

Desde entonces, los intentos por construir exoesqueletos avanzaron a pasos agigantados. Y se extendieron a otros campos, incluida la medicina.

Hoy existen exoesqueletos robóticos diseñados para asistir en la rehabilitación de pacientes que sufren algunos tipos de discapacidad motora. Se les denomina órtesis y se diferencian de las prótesis ortopédicas porque no sustituyen un miembro faltante. En cambio, asisten en el movimiento de los brazos, manos o piernas del paciente.

Un ejemplo lo constituyen las órtesis desarrolladas por el MIT y la Escuela de Medicina de Harvard, hoy comercializadas por la firma Myomo. Sus aparatos se dirigen personas que han perdido la movilidad de un brazo debido a embolias, lesiones o enfermedades neuromusculares.

La órtesis, de peso ligero, se fija a la extremidad y ayuda a moverla. Sirve para aquellos pacientes con debilidad crónica o bien, sujetos a un proceso de rehabilitación y mejora. Para funcionar, usa electrodos que detectan en la superficie de la piel las señales mioeléctricas generadas cuando el paciente quiere mover el brazo. Esto a su vez, activa los motores que impulsan el miembro mecánico.

Volver a caminar

Recuperar la capacidad de caminar es una tarea en la que los exoesqueletos pueden ser útiles. Hay diferentes opciones disponibles, de acuerdo con la necesidad a cubrir. Algunos aparatos, como el desarrollado por la compañía californiana EksoBionics y aprobado por la FDA, sólo pueden usarse bajo la supervisión de terapeutas en centros especializados. Están enfocados en la rehabilitación de pacientes afectados por embolias o ciertas lesiones en la médula espinal. En México existen dos centros, ambos en la Ciudad de México.

Otros aparatos, como uno construido por la compañía estadounidense ReWalk Robotics, están diseñados para el uso cotidiano en el hogar. Impulsado por motores en la cadera y en las rodillas, es accionado cuando el usuario inclina el cuerpo ligeramente hacia adelante, lo cual informa al exoesqueleto que debe dar un paso. Aunque se puede usar de forma autónoma, requiere el auxilio de muletas.

Exoesqueletos y prótesis robóticas: el siguiente paso

Por su parte, las prótesis ortopédicas robóticas buscan emular el movimiento del miembro perdido. El objetivo es que el paciente pueda controlarlas de la manera más natural posible: con el pensamiento. Para ello, utilizan sensores que recogen los impulsos mioléctricos, como algunas órtesis de rehabilitación.

Existen modelos avanzados, como uno desarrollado por investigadores del Departamento de Bioingeniería y el Instituto de Ingeniería Biomédica de la Universidad Imperial de Londres. Sus sensores no detectan los impulsos mioléctricos del muñón, sino los provenientes de las neuronas motoras de la médula espinal.

Para lograrlo, mediante una intervención quirúrgica, los nervios del sistema nervioso periférico responsables del movimiento del brazo o la mano faltante se reconectan a músculos sanos, ya sea del pecho o del bíceps. La técnica se denomina reinervación muscular selectiva (TMR, por sus siglas en inglés). Eso permite a los sensores recibir con claridad los impulsos nerviosos y, a su vez, transmitirlos a la prótesis, fijada mediante arneses al cuerpo del paciente.

Un problema de muchas prótesis es, precisamente, la fijación. Dado que se unen al cuerpo mediante un encaje o socket sujeto con correas, terminan por generar incomodidad o cansancio en los pacientes. Ello también limita el rango de movimientos del aparato y la fuerza con la que los puede efectuar.

Para superar este inconveniente, se recurre a una técnica llamada osteointegración. Ésta consiste en colocar un implante metálico, generalmente titanio, alrededor del cual hay un crecimiento del hueso que termina por fijarlo con firmeza suficiente para soportar cargas mecánicas significativas. Un uso común de esta técnica es la colocación de implantes dentales.

Prótesis en nube

La osteointegración comenzó a desarrollarse a mediados del siglo pasado. Hoy permite fijar con seguridad y de manera permanente algunas de las prótesis ortopédicas robóticas más avanzadas, como la diseñada por investigadores del Laboratorio de Física Aplica de la Universidad Johns Hopkins.

La prótesis se fija directamente al implante. Para controlarla como si de un miembro natural se tratase, el paciente fue sometido a una TMR. Adicionalmente, la prótesis tiene conectividad WiFi y Bluetooth, que permiten mayor control desde un teléfono inteligente.

El aparato almacena los comandos en “nubes”, cada una relacionada con un tipo de movimiento específico. Esto permite que el paciente afine con el tiempo la manera en que utiliza la prótesis.