Ciencia NewsFeed Salud Tecnología

Desarrollan sistema artificial que da a dispositivos protésicos y robots sentido del tacto

Universidad de Stanford
Cucaracha a la que se colocó un nervio artificial aferente en su parte posterior. Foto: Science

Investigadores de la Universidad de Stanford y de la Universidad Nacional de Seúl, han desarrollado un sistema nervioso artificial que podría proporcionar reflejos en las extremidades protésicas o en robots y la capacidad sensible del tacto. Utilizaron dichos nervios mecanosensoriales artificiales para activar el reflejo de contracción en una cucaracha e identificar letras en el alfabeto Braille.

El trabajo, publicado en Science, es un paso hacia la creación de piel artificial para extremidades protésicas, restaurar la sensación de los amputados y, quizás, algún día darles a los robots algún tipo de capacidad de reflejo.

“Damos por hecho la piel, pero es un sistema complejo de detección, señalización y toma de decisiones”, dijo Zhenan Bao, profesor de ingeniería química y uno de los autores principales. “Este sistema nervioso sensorial artificial es un paso hacia la creación de redes neuronales sensoriales similares a la piel para todo tipo de aplicaciones”.

El nuevo artículo de Science describe cómo los investigadores construyeron un circuito nervioso sensorial artificial que podría integrarse en una futura cubierta similar a la piel para dispositivos neuro-protésicos y robótica blanda. Este circuito nervioso artificial rudimentario integra tres componentes previamente descritos.

El primero es un sensor táctil que puede detectar incluso fuerzas minúsculas. Este sensor envía señales a través del segundo componente: una neurona electrónica flexible. El sensor táctil y la neurona electrónica son versiones mejoradas de invenciones informadas anteriormente por el laboratorio de Bao.

Las señales sensoriales de estos componentes estimulan el tercer componente, un transistor sináptico artificial modelado según las sinapsis humanas. El transistor sináptico es una creación de Tae-Woo Lee de la Universidad Nacional de Seúl, que pasó su año sabático en el laboratorio de Bao en Stanford para iniciar el trabajo de colaboración.

“Las sinapsis biológicas pueden transmitir señales, y también almacenar información para tomar decisiones simples”, dijo Lee, que es un segundo autor principal del artículo. “El transistor sináptico realiza estas funciones en el circuito nervioso artificial”.

Lee utilizó un reflejo de rodilla como un ejemplo de cómo los circuitos nerviosos artificiales más avanzados algún día podrían ser parte de una piel artificial que daría a los dispositivos protésicos o robots sentidos y reflejos.

En los humanos, cuando un golpe repentino hace que los músculos de la rodilla se extiendan, ciertos sensores en esos músculos envían un impulso a través de una neurona. La neurona a su vez envía una serie de señales a las sinapsis relevantes. La red sináptica reconoce el patrón del estiramiento repentino y emite dos señales simultáneamente, una provoca que los músculos de la rodilla se contraigan de forma refleja y una segunda señal, menos urgente, para registrar la sensación en el cerebro.

El nuevo trabajo tiene un largo camino por recorrer antes de alcanzar ese nivel de complejidad. Pero en el artículo de Science, el grupo describe cómo la neurona electrónica entregó señales al transistor sináptico, que fue diseñado de tal manera que aprendió a reconocer y reaccionar a las entradas sensoriales en función de la intensidad y frecuencia de las señales de baja potencia, como una sinapsis biológica.

Los miembros del grupo probaron la capacidad del sistema para generar reflejos y sentir el tacto.

En una prueba conectaron su nervio artificial a una pata de cucaracha y aplicaron pequeños incrementos de presión a su sensor táctil. La neurona electrónica convirtió la señal del sensor en señales digitales y las transmitió a través del transistor sináptico, lo que provocó que la pierna se moviera más o menos vigorosamente a medida que aumentaba o disminuía la presión sobre el sensor táctil.

También mostraron que el nervio artificial podía detectar varias sensaciones táctiles. En un experimento, el nervio artificial fue capaz de diferenciar las letras de Braille. En otro, hicieron rodar un cilindro sobre el sensor en diferentes direcciones y detectaron con precisión la dirección del movimiento.

Los estudiantes de posgrado de Bao, Yeongin Kim y Alex Chortos, además de Wentao Xu, un investigador del laboratorio de Lee, también fueron fundamentales para integrar los componentes en el sistema nervioso sensorial artificial funcional.

Los investigadores dicen que la tecnología del nervio artificial se encuentra en su infancia. Por ejemplo, la creación de recubrimientos artificiales para dispositivos protésicos requerirá nuevos dispositivos para detectar el calor y otras sensaciones, la capacidad de insertarlos en circuitos flexibles y luego una forma de conectar todo esto al cerebro.

El grupo también espera crear redes de sensores artificiales de baja potencia para cubrir robots, con la idea de hacerlos más ágiles al proporcionar algunos de los mismos comentarios que los humanos obtienen de su piel.

Deja tu comentario

Comentarios