La combinación del control cerebral y ocular en brazos robóticos reduce el estrés de los usuarios

Un equipo de investigación de la Universidad de Cádiz y la Miguel Hernández de Elche junto a otros centros de Italia y Alemania proponen un método que facilita el uso de mecanismos robóticos de ayuda al movimiento al reducir el cansancio de quienes las utilizan. Así, han confirmado que un sistema híbrido, que combina el control mediante ondas cerebrales y oculares, evita la fatiga tras un uso continuado.

Los expertos han medido el cansancio que se produce tras el uso de los exoesqueletos robotizados a través del ritmo cardíaco y los cambios en la piel.

El método propuesto consiste en una aplicación que combina el control con la mirada y con ondas cerebrales para dirigir un brazo mecanizado. Es decir, el sujeto piensa el movimiento que desea hacer, el ordenador lo interpreta y el dispositivo lo realiza. En el caso de la técnica ocular son los movimientos del ojo los que indican la acción que se desea ejecutar.

De esta manera, el control de ojos y cerebro predice la actividad que el usuario desea realizar y le permite ejecutar paulatinamente la acción, sin confundir movimientos ni anticiparlos, así como interrumpir la tarea en cualquier momento.

Uno de los problemas en el uso de estos mecanismos utilizados para movilizar algún miembro del usuario, llamados exoesqueletos, es que se requiere de una alta demanda mental durante una tarea exhaustiva, lo que provoca cansancio o frustración y que la precisión en las acciones del dispositivo disminuya. Por ello, los expertos plantean en el artículo ‘Physiological Responses During Hybrid BNCI Control of an Upper-Limb Exoskeleton’ publicado en la revista Sensors el análisis de las reacciones fisiológicas de los pacientes para determinar cuándo se reducen los aciertos y así evitar fallos en su rendimiento.

El investigador de la Universidad de Cádiz Francisco Javier Badesa, autor del artículo.

Concretamente, los expertos han medido el cansancio que se produce tras el uso de los exoesqueletos robotizados a través del ritmo cardíaco y los cambios en la piel, como la sudoración, con esta interfaz que combina dos técnicas diferentes para ordenar los movimientos, la cerebral y la ocular. “A pesar de que pudiéramos pensar a priori que sería más estresante el uso de los ojos para abrir y cerrar la mano, por ejemplo, por la actividad física que supone el moverlos, se ha demostrado que el uso del modo cerebro-neural, en la que sólo actúa el pensamiento, causa una mayor fatiga mental”, afirma a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Cádiz Francisco Javier Badesa, autor del artículo.

Control sin cansancio

Los exoesqueletos mecánicos o robóticos son armaduras que simulan cualquier parte del cuerpo y pueden ser portados por pacientes con lesiones medulares para facilitar el movimiento de sus propios miembros. De esta manera, personas inmovilizadas pueden incorporarlos con el fin de realizar acciones similares a las que se realizan sin la discapacidad.

Las pruebas realizadas han combinado el control con la mirada (a) y con ondas cerebrales (b) para dirigir el brazo mecanizado.

Según indican los investigadores, las actuales interfaces cerebro computadora permiten la detección y traducción de la actividad eléctrica, magnética o metabólica en señales de control de dispositivos o máquinas externas. Sin embargo, la precisión y seguridad de estos sistemas son aún insuficientes para las aplicaciones de la vida diaria, con una tasa de error que se sitúa en torno al 70%. Por lo tanto, los expertos buscan la manera de hacerlos más exactos para que los usuarios puedan usarlos con confianza. Una de las líneas de investigación, precisamente, es encontrar la combinación de diferentes señales biológicas que reduzcan los errores.

Estos fallos de precisión están motivados, entre otras cosas, por el cansancio o la fatiga provocada en el usuario. Por ello, proponen un modelo híbrido que combina las técnicas de control mediante el cerebro y la mirada, con el fin de reducir estos síntomas.

Tras el estudio en once voluntarios que participaron en los experimentos, el equipo determinó que existían diferencias estadísticamente significativas en los cambios de sudoración y en la frecuencia del pulso con el uso de ambas interfaces. Además, confirmaron que el modelo híbrido lograba un mejor rendimiento. Sólo uno de los usuarios cometió un fallo, lo que sitúa el acierto casi en el 100% de los casos de uso.

Los expertos indican que estos hallazgos podrían ser el primer paso para adaptar estos sistemas de control a los cambios en las reacciones fisiológicas. Es decir, que el usuario modifique la orden desde el pensamiento a la mirada ante una alteración del pulso cardíaco, por ejemplo. De esta manera, la técnica produciría menos cansancio y estrés y sería más dinámica y eficiente.

El estudio se ha financiado a través de AIDE, Adaptive Multimodal Interfaces to Assist Disabled People in Daily Activities del programa marco Horizonte 2020 de la Unión Europea y el proyecto ‘Estimación del estado e intención del usuario y desarrollo de algoritmos adaptativos de estimulación’ del Ministerio de Innovación y Ciencia.

Referencias

Francisco Javier Badesa, Jorge Antonio Díez, Jose María Catalan, Emilio Trigili, Francesca Cordella, Marius Nann, Simona Crea, Surjo R. Soekadar, Loredana Zollo,5 Nicola Vitiello y Nicolás García Aracil. ‘Physiological Responses During Hybrid BNCI Control of an Upper-Limb Exoskeleton’. Sensors. 2019.

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