Hyper: el exoesqueleto español desarrollado para rehabilitar la movilidad de piernas y brazos

En un futuro no muy lejano, los robots no sólo devolverán la movilidad a personas paralizadas, sino que además les ayudarán a curarse.

Esa es la idea que preside el proyecto Hyper, un consorcio de científicos, médicos y empresarios españoles que desarrolla el primer exoesqueleto para rehabilitar la movilidad de piernas y brazos.

El objetivo es desarrollar prótesis robóticas para ayudar a moverse a los pacientes, incluir sistemas para estimular su musculatura y, más difícil todavía, explorar formas de que sean ellos mismos los que muevan los dispositivos usando su propio cerebro.

Hyper y Rewalk, exoesqueletos parecidos pero diferentes

"El dispositivo tiene como primer objetivo la rehabilitación, más que la comercialización", afirma Ángel Gil, responsable del programa en el Hospital Nacional de Parapléjicos de Toledo.

La aclaración de Gil viene a colación porque la Agencia estadounidense de Medicamentos y Alimentos (FDA, por sus siglas en inglés) autorizó hace un mes la comercialización del primer exoesqueleto en EE UU, Rewalk, un dispositivo motorizado que permite a un parapléjico ponerse de pie, caminar y sentarse con la ayuda de unas muletas.

El esqueleto externo y de metal ajustable se apoya en las piernas y en el torso, lleva unos motores que posibilitan el movimiento en las caderas, rodillas y tobillos. El aparato, elaborado por una compañía israelí, no está diseñado para subir escaleras y hacer deportes.

Gil afirma que el dispositivo español va más allá del Rewalk, ya que en el proyecto Hyper trabajan en la elaboración de un esqueleto para el miembro superior y otro para el inferior. "En esta industria todo va muy deprisa. Se trata de mejorar lo que hay o buscar otras alternativas", añade.

El médico comenta que el aparato nacional combina cuatro tecnologías: el exoesqueleto; la estimulación eléctrica de músculos; interfaz cerebro-computadora (BCI, por sus siglas en inglés) y realidad virtual.

Al igual que Rewalk, el exoesqueleto español utiliza un pequeño motor en cada articulación para mover la estructura.

Sin embargo, con la estimulación eléctrica se busca aprovechar los músculos como una segunda fuente de alimentación de movimiento, según el galeno, que explica que para esto controlan cuándo actúa el motor y cuándo lo hace la contracción muscular.

Tecnología BCI y realidad virtual

En el caso de la tecnología BCI (Brain Computer Interface), esta consiste en un casco o gorro que se le pone al paciente para detectar la intención de determinados movimientos.

"La persona piensa: 'Quiero empezar a caminar'. Entonces, esa intención es detectada y codificada en una señal eléctrica que se envía a un ordenador, que a su vez manda la orden de inicio de la marcha al exoesqueleto", explica Gil. "De esta manera, involucramos a los pacientes en la terapia", agrega.

La realidad virtual se utiliza para que los pacientes tengan una 'retroalimentación sensorial' de lo que ejecutan. Esta tecnología "es muy importante' para la rehabilitación del miembro superior, ya que 'ves en una pantalla el movimiento que quieres hacer con la mano", resalta Gil.

Las pruebas con pacientes con lesiones de médula espinal

“Cuando alguien pierde la movilidad en los brazos o las piernas, su cerebro se olvida de la parte lesionada y, en unos seis meses, pasa a ser incapaz de dar la orden de agarrar un vaso de agua de la mesa, por ejemplo”, explica Ángel Gil, responsable de las pruebas de Hyper con pacientes que sufren lesiones de médula espinal.

La médula que discurre por el interior de la columna vertebral es la encargada de distribuir las órdenes del cerebro por todo el cuerpo generando movimiento y enviando de vuelta las sensaciones de tacto y sentido necesarias para agarrar ese vaso de agua.

Por eso el primer paso hacia prótesis controladas por el propio paciente es estudiar su cerebro para averiguar cómo volver a generar y transmitir las órdenes adecuadas.

Gil trabaja en el Hospital Nacional de Parapléjicos, en Toledo. Para llegar a su despacho hay que atravesar parte del gimnasio, un polideportivo en el que retumba el barullo de decenas de pacientes haciendo ejercicios. En una de las salas, algunos cambian las barras y las pesas por exoesqueletos experimentales.

“Cada vez hay más paraplejias bajas, lesiones de médula parciales en las que no se pierde del todo la movilidad de los músculos y eso significa que nuestro número potencial de usuarios va a ser mayor”, explica el médico.

En el hospital de Toledo se evalúan en personas con alguna lesión medular, mientras en la facultad de Ciencias de la Salud de la Universidad Rey Juan Carlos se prueban con enfermos por daño cerebral, ya sea por un ictus o hemiplejias.

Hyper, un exoesqueleto híbrido y con cerebro



El exoesqueleto Hyper es híbrido. Al contrario que los miembros robóticos que hay en el mercado, su movimiento no sale sólo de una máquina.

La prótesis incluye parches que aplican corrientes eléctricas a los miembros del paciente. Esas corrientes activan los músculos y permiten aprovechar la fuerza para generar movimiento.

El resultado, dicen sus creadores, es un miembro robótico que se mueve “de forma más natural que los dispositivos basados únicamente en máquinas”.

Y en este caso, ser híbrido también supone ahorro: “El sistema pesa menos que otros, lleva menos baterías y menos motores”, explica Antonio José del Ama, un ingeniero industrial que trabaja con Gil en el Departamento de Biomecánica desarrollando el exoesqueleto.

“Este trabajo se me ha ido metiendo en vena porque puede lograr cosas que ninguna otra tecnología hace por sí sola”, confiesa.

Del Ama ha sido el encargado de darle al exoesqueleto español un cerebro propio. Se trata de una mochila que lleva dentro varias placas verdes de circuitos y discos duros que son claves para el funcionamiento de Hyper. “Este ordenador estima la fuerza esperable del músculo y calcula luego la fuerza extra a generar por los motores”, detalla Del Ama.

“Este va a ser el primer exoesqueleto del mundo dedicado a la rehabilitación para recuperar la movilidad de las personas”, explica José Luis Pons, investigador del Grupo de Bioingeniería del CSIC y coordinador del proyecto.

Las corrientes que recibe el paciente en los músculos contribuyen a fortalecerlos y rehabilitarlos. Además, resalta Pons, los pacientes se sienten más involucrados en el proceso, más cercanos a la sensación de caminar por sí mismos que a la de ser llevados por una máquina.

Robot contra robot

En una esquina del gimnasio del Hospital de Parapléjicos hay un robot varias veces más grande que Hyper. Se llama Lokomat y es una especie de máquina de ejercicios de última generación.

El robot tiene una cinta móvil sobre la que está suspendida una paciente con un arnés mientras dos piernas robóticas fijadas a sus piernas la hacen caminar.

El Lokomat fue creado a principios de la década pasada en un hospital de parapléjicos de Suiza. Hasta entonces, para reproducir el movimiento de caminar en una cinta hacían falta varios ayudantes que acababan poniendo al paciente en posturas poco naturales, según los creadores del robot.

Así surgió este ingenio que ha aportado importantes datos sobre las lesiones medulares parciales como las que investiga Gil.

En concreto, un estudio demostró que el patrón de señales nerviosas que circulan por la médula espinal de personas con lesiones parciales que andan con el Lokomat es casi idéntico al de personas sanas cuando caminan, pero mucho menos intensas.

Los expertos creen que esas señales se pueden fortalecer y ayudan a generar nuevas conexiones nerviosas relacionadas con el caminar una vez que la hinchazón tras la lesión va bajando.

El Lokomat ha sido un éxito comercial y, de ser un prototipo usado en un solo hospital, ha pasado a venderse en EEUU, Europa y Asia. Pero el equipo de Hyper cree esta es una tecnología mejorable.

“Los sistemas actuales son de sustitución motora: andan por ti”, comenta Pons. “Nosotros aspiramos a un sistema que le dé más motivación al paciente”, señala.

Además de aportar movimientos más naturales y reales, el sistema se ajustaría a las capacidades de cada persona, dice Pons. “Incluiría sensores que midan cómo evoluciona el sistema nervioso periférico y central y adecuar la terapia a cada paciente”.

Interés tecnológico y necesidad médica

“Este podría ser un sistema complementario a los aparatos actuales, pero no creo que todos los hospitales compren estos robots para apoyar la rehabilitación de los pacientes, porque esto mismo puede hacerse ya con aparatos convencionales”, opina Volker Dietz, ex director del centro de parapléjicos del Hospital Universitario de Balgrist (Suiza) e investigador emérito de este centro.

Dietz vio nacer el Lokomat en su hospital de las manos de Gery Colombo, un ingeniero que trabajaba en el centro y al que apoyó de forma decisiva.

Hoy Dietz es consejero de la empresa Hocoma, que comercializa el robot pero, sorprendentemente, diez años después de su hito alerta de que los ingenieros están yendo demasiado lejos en el desarrollo de robots, exoesqueletos y neuroprótesis.

“Estos aparatos -dice Dietz sobre Hyper- son muy interesantes desde el punto de vista de la tecnología, de la ingeniería, pero me preocupan porque desde el punto de vista de la medicina no son necesarios”.

Robots que curen

Según Pons, en el Hospital de Parapléjicos ya se ha probado el exoesqueleto para mover tobillos y rodillas y ahora se trata de reprogramar el cerebro informático para que también se puedan mover las piernas desde la cadera y, en un futuro, los brazos.

“Lo que más me sorprende de este campo es el crecimiento brutal que ha experimentado; nosotros empezamos cuando los grupos que hacían este tipo de tecnologías se contaban con los dedos de una mano y ahora hay cientos de ellos”, comenta Pons.

“Se están abriendo muchas vías nuevas, mezclando combinaciones de fármacos con nuevos dispositivos robóticos en los que el énfasis ya no es que te hagan andar, sino que ayuden a curarte”, concluye.

El proyecto Hyper

Hyper finalizará el próximo 31 de diciembre, según el doctor Angel Gil, quien afirma que para esa fecha habrán 'identificado' las combinaciones entre las cuatro tecnologías y los diferentes escenarios de uso clínico.

El proyecto Hyper comenzó en 2010 y fue financiado por el Gobierno central español con un proyecto Consolider de 4,5 millones de euros.

Como esa línea de ayuda pública a proyectos de investigación ha desaparecido, el Doctor Gil y el resto del equipo gestionan más financiación de la Unión Europea que les permita seguir adelante con el proyecto después del 2014.

“La idea final es que el exoesqueleto se use en la rehabilitación desde el segundo mes después de la lesión y durante tres o cuatro meses hasta que el paciente recupere parte de la movilidad perdida”, asegura Pons.

Además, para fin de año también esperan tener evidencia científica y los primeros datos clínicos de la eficacia de estos dispositivos frente a la terapia tradicional.

"Este proyecto va encaminado hacia la rehabilitación de aquellos pacientes que pueden tener alguna posibilidad de mejorar un movimiento. Y hacia la compensación en aquellos casos en que ese movimiento no se va a poder obtener", concluye el doctor Gil.

Más info:
Hyper Project 

Fuente: La Nación / El País Internacional / Materia (España)