Grandes avances en tecnología háptica

Los avances recientes en la investigación científica podrían permitir que las prótesis robóticas y las simulaciones de realidad virtual sean aún más efectivas que antes. Investigadores en Hong Kong han desarrollado una nueva tecnología similar a un guante que no solo permite a los usuarios sentir sensaciones en sus manos cuando interactúan con objetos virtuales, sino que también personaliza la intensidad de las sensaciones en función de los niveles de sensibilidad de los nervios de una persona.

La tecnología háptica se define como la tecnología que se basa en fuerzas, vibraciones o movimientos inducidos por computadora para proporcionar a las personas un sentido artificial del tacto. Esta tecnología, junto con la realidad virtual, ha cobrado mayor relevancia en el campo médico durante la última década. Los cirujanos no solo confían en la realidad virtual para realizar cirugías, sino que la tecnología háptica puede mejorar drásticamente la vida de los amputados con prótesis robóticas. En los últimos años, los investigadores han descubierto que las prótesis robóticas capaces de proporcionar un sentido artificial del tacto a los pacientes reducen significativamente el esfuerzo mental necesario para operar la prótesis. Un sentido artificial del tacto también puede mejorar la capacidad general de los pacientes para controlar sus prótesis dentales.

Si bien los científicos han desarrollado tecnología háptica para aplicaciones clínicas en el pasado, los intentos anteriores a menudo han sido engorrosos, incómodos de usar y no personalizables para todos los usuarios.

Ahora los investigadores han desarrollado un nueva iteración de la tecnología háptica que involucra una tecnología ultrafina similar a un guante llamada WeTac. WeTac contiene múltiples electrodos en toda la estructura del guante y proporciona retroalimentación eléctrica a los usuarios para inducir sensaciones táctiles en sus manos. Esta tecnología no solo tiene el potencial de mejorar los resultados de las cirugías robóticas, sino que es un avance importante en la tecnología háptica que también podría aplicarse a personas con discapacidades y que usan prótesis robóticas.

El primer desafío al crear WeTac fue idear un diseño que pudiera imitar las sensaciones dinámicas y variables que experimentan las personas cuando usan sus manos.

Considere la experiencia de estrechar la mano de una persona. Es posible que solo sienta el apretón de manos en ciertas áreas de la palma o los dedos. Estas áreas de contacto pueden cambiar a medida que realiza los movimientos de apretón de manos. La presión de su agarre o el agarre de ellos también puede cambiar. Más allá de eso, algunas áreas de nuestras manos son naturalmente más sensibles al tacto que otras. Las sensaciones que sentimos en nuestras manos son muy dinámicas, incluso para algo tan básico como estrechar la mano de otra persona.

El objetivo de Yao et al. fue diseñar un guante háptico capaz de capturar estas sensaciones dinámicas cuando los usuarios interactuaban con objetos virtuales. Para lograr esto, WeTac fue diseñado con 32 electrodos que cubren la superficie de la palma y los dedos. Esto permitiría a los investigadores ajustar la intensidad de las señales eléctricas en 32 puntos diferentes de la mano y les permitiría inducir sensaciones táctiles más precisas en toda la mano.

El uso de electrodos para crear sensaciones artificiales también permitió a Yao et al. para crear el WeTac en una forma increíblemente ligera. Los electrodos ya se han utilizado en dispositivos portátiles delgados y pueden colocarse directamente sobre la piel sin causar irritación. Esto los hace óptimos para crear un dispositivo ligero y práctico.

Utilizando los electrodos, Yao et al. podría inducir corrientes eléctricas en toda la mano. La idea era que estas corrientes eléctricas activarían los nervios en la mano de una persona, induciendo efectivamente sensaciones táctiles que una persona podría experimentar al interactuar con un objeto físico. Yao et al. diseñó el WeTac para que las corrientes eléctricas pudieran ser producidas por una unidad de control azul que se conectaría a la muñeca del usuario. Esta unidad de control tendría capacidades inalámbricas y podría controlarse con un teléfono o una computadora. Esto permitiría a los usuarios de WeTac moverse libremente.

Para probar el dispositivo, el primer paso de Yao et al. fue optimizar los parámetros de estimulación eléctrica de WeTac para cada participante. Los niveles de sensibilidad de las manos de las personas pueden diferir entre poblaciones. Por ejemplo, los hombres generalmente muestran una sensibilidad reducida al tacto en comparación con las mujeres. Las personas mayores también muestran una susceptibilidad reducida en comparación con las personas más jóvenes. Para personalizar el dispositivo, Yao et al. midió el umbral de estimulación eléctrica promedio para cada participante y en cada uno de los 32 electrodos en sus manos.

Como era de esperar, en promedio, las mujeres tenían umbrales de estimulación eléctrica más bajos que los hombres. Los individuos más jóvenes también tenían umbrales más bajos. La excepción a esta tendencia fue que las mujeres que tenían más callos en las manos debido al trabajo tenían umbrales más altos. En otras palabras, Yao et al. descubrió que más allá del género y la edad, la sensibilidad de la mano también puede diferir según el trabajo o las actividades diarias de una persona.

Después de calibrar el WeTac en función de los niveles de sensibilidad de cada voluntario, Yao et al. estaban listos para probar el WeTac en simulaciones de realidad virtual. La primera simulación involucró a los participantes agarrando lentamente una pelota de tenis virtual y un cactus virtual. Esta simulación permitiría a los investigadores determinar que WeTac podría producir diferentes sensaciones dependiendo de la textura de un objeto virtual estacionario. Después de ejecutar las simulaciones, el equipo descubrió que la pelota de tenis podía inducir sensaciones de tacto suave, mientras que el cactus inducía una sensación de punta ligeramente dolorosa o incómoda.

Los investigadores también probaron una simulación en la que aparecían un ratón virtual y trozos de queso en las manos de los participantes. Luego, el participante relató las sensaciones que sintió cuando el ratón virtual se movió en su mano para comer cada trozo de queso. Esto permitió a los investigadores determinar que WeTac también podría inducir efectivamente sensaciones táctiles para un objeto dinámico en movimiento.

En general, este estudio demuestra avances significativos en la tecnología háptica. A medida que el WeTac y otros dispositivos ligeros de retroalimentación háptica continúan desarrollándose, es posible que comencemos a ver tecnología de realidad virtual más compleja y prótesis robóticas que usan retroalimentación háptica y pueden mejorar los resultados de cirugías remotas/robóticas, así como la vida de los amputados.