Construyendo un humano más rápido, más fuerte

¿Para quién son las prótesis y los exoesqueletos del futuro?

Crédito de la imagen: Darren Garrett

Keahi Seymour necesitaba llegar al aeropuerto, pero el tráfico de Manhattan estaba paralizado. Entonces corrió las dos millas de cambio a través de la isla, en 12 minutos. "Un taxista dijo, '¡Me ganaste en todo Manhattan!'" Seymour no es un velocista o un corredor de fondo, pero sus millas de cinco minutos fueron posibles gracias a la ayuda de Bionic Boots que ha inventado, que permiten él para correr hasta 25 millas por hora. Pareciendo un superhéroe de siete pies de alto cuando los usa, se destaca de la persona promedio. "¡Buenas piernas de robot!", Gritó un niño que pasó en la calle.

No es de extrañar que lo que los niños están intrigados por la botas de la idea para ellos llegaron a él cuando era un niño. "Estaba viendo un programa sobre canguros, y comenzaron a explicar cómo un canguro almacena energía en el tendón de Aquiles", dice. A los 12 años, comenzó a esbozar un diseño, mirando a los animales bípedos como avestruces en busca de inspiración. Ahora tiene un prototipo que usa en las pistas, o simplemente por la ciudad. "Es una experiencia estimulante", dice. "Te hace sentir como un cruce entre un superhéroe y un animal".

Más allá de la euforia, Seymour está convencido de que estas botas podrían ser la próxima gran novedad. Son una forma práctica de transporte, rápida y compacta: no hay nada que bloquear o estacionar. Simplemente camina, muy rápido, hacia donde sea que necesite ir.

Si crees que Seymour es ridículo, considera los primeros autos. "La gente no podía ir más rápido que cinco o diez millas por hora", dice Seymour. "La gente decía, 'Los caballos son más confiables', y de repente, se puso de moda. Creo que estamos en una [similar] cúspide de aumento humano, un crecimiento exponencial ".

Keahi Seymour con sus botas Bionic. Crédito de la imagen: Keahi Seymour

Usar tecnología para hacernos más fuertes, más rápidos o más eficientes no es nada nuevo. Durante los últimos 3.000 años, las personas han estado utilizando los materiales de última generación de sus eras: bronce, hierro, madera para reemplazar dígitos o miembros malformados congénitamente, perdidos en batalla o accidentes o, como Seymour, para imitar las habilidades de los animales.

A medida que nuestra tecnología mejora, también lo hace nuestra capacidad para impulsar nuestras capacidades físicas a un nuevo nivel. Pero, ¿quién de nosotros llegará a ser más rápido o más fuerte?

El velocista más rápido del mundo en 2068 tendrá una extremidad artificial. Al menos, eso es lo que piensa el bioingeniero japonés Hiroaki Hobara. En una carta que escribió al editor de Prosthetics and Orthotics International en 2015, él y sus coautores predijeron los tiempos de carrera ganadores para las futuras competencias olímpicas y paralímpicas. Los tiempos de velocidad establecidos en las últimas décadas indican que los velocistas que usan prótesis se están acercando rápidamente a los registros establecidos por los velocistas utilizando sus patas biológicas. Suponiendo que esta tendencia continúe, los velocistas más rápidos del mundo pronto serán atletas con aumentos de extremidades inferiores.

No estamos allí todavía, por supuesto, pero definitivamente nos dirigimos allí, con la investigación de la mecánica corporal allanando el camino. Todos sus movimientos (caminar, correr, levantar) requieren la coordinación de grupos musculares y tendones a través de sus caderas, piernas y pies, cada uno haciendo ajustes minuciosos para tener en cuenta la fuerza del suelo, el peso del objeto que se levanta y el terreno debajo del cuerpo. Para averiguar cómo construir una prótesis que funcione tan bien o incluso mejor que una pierna biológica, primero debemos descubrir todas las formas en que una pierna funciona en primer lugar.

Eso es lo que la compañía de prótesis Ottobock ha estado haciendo. Se centra en prótesis para corredores paralímpicos y atletas que compiten en los Juegos Invictus. También tiene una gama de productos adaptados para diferentes actividades y niveles de actividad: para velocistas profesionales, para personas que desean una prótesis, pueden realizar recados, para que los soldados con amputación vuelvan a trabajar o para personas de edad avanzada que son menos activas. Algunos incluso están diseñados para ser estéticamente impresionantes . "Cuando comencé, mis pacientes no necesariamente querían usar pantalones cortos [y revelar la prótesis]", me dice el Director de Desarrollo Futuro de Ottobock, Scott Schneider. "Pero ahora estamos dando un aspecto exótico a las prótesis: quieren hablar de ellas y quieren compartirlas".

Su clientela es bastante representativa del mercado de las tecnologías de aumentación humana en general, que está orientado a uno de los tres tipos de personas: atletas de élite; soldados y otros en el ejército; y personas con movilidad limitada, pero riqueza personal y acceso a atención médica.

Hay una razón importante por la cual la investigación, ya sea por parte de empresas privadas o instituciones públicas, tiende a centrarse en deportes profesionales y aplicaciones militares: para ser franco, de ahí proviene gran parte del dinero.

Pierna protésica "Genium" de Ottobock. Crédito de la imagen: Ottobock

En este momento, grandes franjas de la población mundial solo tienen acceso limitado a prótesis. En los EE. UU., Incluso para aquellos con buen seguro médico, las prótesis avanzadas son difíciles de adquirir: se informa que Ottobock C-Leg cuesta entre $ 40,000 y $ 60,000, y es típico que las compañías de seguros privadas tengan un límite entre $ 2,500 y $ 5,000 en cobertura protésica. Como relata Dylan Goldberg en esta pieza de AlterNet , puede ser extremadamente costoso necesitar algo como la C-Leg: descubrió que simplemente reemplazar su fluido hidráulico le costaría $ 10,000. En países con servicios de salud subsidiados o universales, la necesidad de mantener bajos los costos generales de atención médica a menudo impide los modelos protésicos más nuevos.

En los países de bajos ingresos, el problema es aún más agudo. Las prótesis se fabrican típicamente con diseños y materiales de hace décadas, o se distribuyen de segunda mano a través de esquemas de reciclaje, particularmente cuando el PBI per cápita puede ser solo una fracción del costo de incluso los dispositivos genéricos. La innovación en los países más pobres tiende a centrarse en la asequibilidad y la adaptabilidad más que en mejorar la eficiencia, potencia o fuerza, como un proyecto en Laos que modifica las prótesis existentes utilizando impresión 3D, que Lindsey Kennedy informó para How We Get To Next en 2015.

Es posible que la investigación que impulsa el desarrollo de prótesis militares o deportivas eventualmente llegue a la persona promedio, como las innovaciones para los autos de Fórmula 1 que aparecen, años más tarde, en vehículos normales de la calle. Pero mientras sectores relativamente ricos como los militares estén dispuestos y sean capaces de pagar los precios más altos, muchos de los mejores diseños de prótesis nuevos seguirán siendo costosos y no estarán disponibles para gran parte del público.

Los inventores independientes podrían cerrar esa brecha, pero también enfrentan obstáculos. Keahi Seymour dice que ha recibido miles de correos electrónicos de personas de todo el mundo que preguntan cómo comprar sus Bionic Boots, pero con gran parte de la industria del aumento humano financiada por las compañías militares o médicas, es difícil para los creadores individuales traer nuevos productos al mercado. sin una inversión personal extraordinaria. Seymour, que trabaja de camarero nocturno, ha estado buscando patrocinadores y colaboradores durante años, pero aún tiene que encontrar el apoyo adecuado.

Hiroaki Hobara podría estar en lo cierto, pero si el velocista más rápido en 2068 es alguien con una extremidad artificial, el promedio de Joe todavía puede estar atascado con la tecnología de los años 2010.

A medida que las prótesis mejoren, plantearán otras preguntas sobre cómo se emplean, especialmente en los deportes. Antes de que el velocista sudafricano Oscar Pistorius fuera declarado culpable de asesinato, él era el centro de una controversia diferente: ¿sus piernas protésicas le daban una ventaja injusta sobre otros atletas? En 2008, la Asociación Internacional de Federaciones de Atletismo impidió a Pistorius competir en competiciones internacionales para atletas sin discapacidad, incluidos los Juegos Olímpicos de Beijing de ese verano, citando investigaciones que las prótesis Cheetah Flex-Foot de Pistorius calificaron como "ayudas técnicas". Pistorius preparó un llamamiento al decisión, recurriendo a un equipo de científicos para investigar la biomecánica de correr con las prótesis que utilizó.

Alena Grabowski, ahora profesora en la Universidad de Colorado, estaba en ese equipo. Ella y sus colegas pasaron meses estudiando amputados unilaterales (personas con una pierna biológica y una prótesis) y simularon un ambiente de esprint olímpico, en el que los atletas comenzaron a agacharse en los bloques y luego despegaron para carreras de 200 a 400 metros. Descubrieron que, si bien las prótesis con forma de cuchilla generan cierto impulso de rebote hacia arriba, era poco probable que las prótesis como la de Pistorius pudieran conferir una ventaja general mensurable.

Generar energía es un problema importante para los atletas con prótesis, y los velocistas necesitan potencia para desarrollar velocidad. "Un amputado bilateral tendría un inicio 25 por ciento más lento que un no amputado", dice Grabowski. Piensa en cómo se siente correr: cuando tus pies golpean el suelo, generas fuerza hacia abajo, creando impulso. Pero a diferencia de las piernas biológicas, las prótesis no producen una fuerza propia de forma activa. "Debes poner energía en las prótesis para obtener energía de ellas; no pueden generar energía. "Esa es una gran desventaja para los velocistas, pero lo bueno, dice Grabowski, es que los atletas paralímpicos a menudo terminan adoptando técnicas de despegue más eficientes.

Las prótesis de cuchilla pueden no ser un activo general para los velocistas, pero el impulso ascendente que generan puede mejorar el rendimiento en otros deportes. Grabowski y sus colegas han estado estudiando sus efectos en saltos largos, invitando a atletas profesionales a visitar el laboratorio de sus colaboradores en Alemania. Los resultados preliminares sugieren que mientras que los puentes largos que usan prótesis de pala tienen carreras de aproximación más lentas, su técnica de despegue conserva la velocidad horizontal de manera más efectiva, lo que podría conferir una ligera ventaja general.

Sin embargo, Grabowski dice que es difícil decir si las prótesis ofrecen una ventaja o desventaja neta en la técnica o la velocidad de los atletas, ya que es imposible evaluar sistemáticamente las estadísticas previas y posteriores a la amputación. Y dado que no existe tal cosa (¡todavía!) Como lo contrario de una amputación, cualquier estudio de un atleta individual estaría sesgado por la edad: los atletas son siempre más jóvenes antes de una amputación.

En el futuro, el aumento puede tomar otras formas menos detectables que las hojas distintivas de tipo Cheetah. El Instituto Wyss de Ingeniería Biológica Inspirada de Harvard ha estado trabajando en un nuevo enfoque: un exoesqueleto blando, hecho de textiles en lugar de materiales rígidos como plástico y metal, por lo que teóricamente podría usarse debajo de la ropa.

Diseñado para personas con enfermedades como la esclerosis múltiple o el Parkinson, que experimentan dificultades para caminar, el exosuit suave le brinda al usuario un 30 por ciento más de capacidad muscular, dice Ignacio Galiana, quien administra el programa Wearable Robots de Wyss. El equipo ha realizado una investigación sobre biomecánica corporal y ha diseñado una red de sensores y cables (similar a los que conectan los mangos de una bicicleta con sus frenos) que funcionan en conjunto para imitar la actividad de los músculos y los tendones.

El exoesqueleto suave diseñado por el Instituto Wyss que brinda al usuario un 30 por ciento más de fuerza muscular. Crédito de la imagen: Wyss Institute

"Los cables soportan una cantidad de fuerza para que las estructuras subyacentes no tengan que hacer tanto trabajo", explica Galiana. "Y los sensores usan algoritmos controlados para detectar lo que hace el ser humano, y luego se adaptan automáticamente para brindar asistencia en el momento adecuado". Al igual que con otros productos de asistencia: audífonos, aparatos de soporte, productos para la incontinencia, usuarios que se beneficiarían de una La mejora del exosuit también puede evitar la atención que viene con un dispositivo visible.

Galiana ve un gran potencial para los exosuits suaves de Wyss. El grupo está colaborando con ReWalk Robotics para llevarlo al mercado para uso clínico de pacientes con trastornos del movimiento. Pero Galiana imagina que en el futuro, las personas sin trastornos del movimiento también pueden usarlo, para cosas como impulsar el atletismo. "Vamos a ver más wearables en el campo del atletismo, o entre los consumidores y especialmente la población de edad avanzada", dice Galiana. "Puedes imaginar a alguien que es anciano y quiere ir de excursión con su nieto, tal vez puedan usar algo de fuerza extra".

Pero dado que muchos de los otros ensayos clínicos de ReWalk han durado de tres a cuatro años, es probable que pase un tiempo hasta que el producto sea un elemento básico para los pacientes, y mucho menos un producto comercial disponible para un comprador casual.

Más adelante en la línea, dice Galiana, la tecnología en este exosuit suave podría integrarse directamente en la ropa inteligente. "La ropa inteligente puede indicarle cuándo levanta correctamente o incorrectamente para no lesionarse", dice. O podría utilizar su mecánica corporal específica, brindándole consejos personalizados sobre cómo mejorar la eficiencia de sus movimientos.

Pero si tales sensores se incrustan en la ropa normal, eso abre nuevas preguntas para los órganos rectores del deporte: ¿qué reglas o regulaciones podrían garantizar que los atletas no compitan con una ventaja injusta? Al igual que en los recientes escándalos de dopaje olímpico, las pruebas para controlar las tecnologías aumentativas tampoco serán sencillas, y es una carrera de armamentos en curso entre los desarrolladores de pruebas y aquellos que desean burlar a los evaluadores.

Galiana compara la ayuda que se obtendría de un exosuit suave o ropa inteligente para el dopaje mecánico en el ciclismo, donde los motores diminutos con baterías se ocultan en las bicicletas. Él espera que los atletas elijan usar el impulso de una manera legal: "Se pueden usar para mejorar el entrenamiento, pero no para romper las reglas".

Hasta el momento, la investigación sobre cómo funcionan los diferentes miembros se ha utilizado principalmente para reemplazar esas partes. Pero esto está cambiando, ya que la tecnología ahora es lo suficientemente avanzada como para que los investigadores vayan más allá del reemplazo y piensen en aumentos de cuerpo completo.

El primer intento de exoesquelecimiento de todo el cuerpo fue la "Investigación de Investigación y Desarrollo del Aumento Humano" de General Electric, o HardiMan, en la década de 1960. Era una criatura de metal descomunal, esencialmente la misma idea que la Power Loader de Sigourney Weaver en Aliens . HardiMan fue desguazado después de que los ingenieros descubrieran que tenían un control peligrosamente pequeño sobre las armas y se arriesgaban a aplastar los brazos biológicos de su operador.

El prototipo de HardiMan, 1971. Crédito de la imagen: General Electric

Los sucesores de HardiMan son significativamente más prometedores. Algunos, como el traje de combate XOS de Sarcos y Raytheon , están diseñados para permitir a su usuario levantar cientos de libras sin esfuerzo. El AWN-03 de Panasonic está diseñado para reducir hasta 15 kg de estrés en la espalda de los trabajadores de la fábrica cuando se transportan objetos pesados, y se ve como una colorida salida de los Cazafantasmas. El exoesqueleto de las extremidades inferiores de Berkeley (BLEEX) ayuda al personal de emergencia a transportar cargas pesadas, y se ve como aparatos ortopédicos de alta tecnología, mientras que el miembro híbrido asistido de Cyberdyne (HAL – el fundador de la compañía afirma que el nombre es una coincidencia) apoya la parte inferior y externa de la pierna, y su plástico blanco lo hace parecer un traje de Stormtrooper reducido.

Exoesqueleto AWN-03 de Panasonic para trabajadores manuales.

Actualmente existen importantes barreras para la introducción de exoesqueletos en la corriente principal. Para empezar, tienen los mismos problemas de escalabilidad y asequibilidad que las prótesis de vanguardia: la mayoría de esos grupos de investigación tienen su base en los EE. UU., Europa o Japón, y están desarrollando aplicaciones para el sector militar o privado. Pero también hay problemas técnicos que resolver. Mientras que un exoesqueleto podría ayudar a los soldados a llevar más peso o disminuir el esfuerzo general de un usuario en una fábrica, será difícil usarlos para ser rápidos .

El ingeniero Jason Kerestes señala que hay una compensación entre la cantidad de energía que puede proporcionar un exoesqueleto y la cantidad que pesa el dispositivo. Si su objetivo es simplemente levantar 50 kg fácilmente, no es un problema para un exoesqueleto pesar demasiado, pero si está buscando correr rápido, quiere algo fuerte, aunque también mucho más ligero.

Kerestes se encuentra actualmente en Boeing, pero pasó años en el Laboratorio de Integración de Mecánica Humana de la Universidad Estatal de Arizona, diseñando y probando exoesqueletos que tiraban y empujaban contra los músculos de las piernas de los corredores para darles un impulso de velocidad. El objetivo era lograr que los soldados ejecutaran una milla de cuatro minutos. Aunque los investigadores aún no han llegado a los cuatro minutos, las pruebas preliminares que miden el VO2-max de los corredores (su tasa máxima de consumo de oxígeno) encontraron que los exoesqueletos mejoraron el rendimiento en un 10 por ciento. Aún así, cada kilogramo que pesa un exoesqueleto tiene el potencial de ralentizar a su usuario. En cierto punto, más potencia significa sacrificar la velocidad.

Como parte de su investigación, Kerestes usó una plataforma de prueba de carro de golf que empujó a los corredores hacia adelante para que los investigadores pudieran observar las fuerzas y la energía necesarias para la potencia asistida. "Y así nació el jetpack", dice Kerestes. Un par de ventiladores de alta velocidad alimentados por batería se usan alrededor de la cintura de un atleta y usan una cantidad específica de potencia y ángulo de empuje, aproximadamente el diez por ciento del peso corporal del usuario, aplicado 25 grados sobre la horizontal, para empujar a los corredores. Puede mejorar los tiempos de los corredores en varios segundos en distancias cortas, y en casi medio minuto en una milla. Está listo para encenderse segundos después de encenderlo, y la parte más difícil es supuestamente asegurarse de mover las piernas lo suficientemente rápido para que no se tropiece. Es importante destacar que proporciona una relación peso-velocidad mucho mejor que otros diseños de exoesqueletos atléticos.

"El mayor factor limitante es la tecnología de la batería", dice Kerestes. Mientras que las baterías más grandes proporcionan más potencia, demasiado peso extra reduce la velocidad máxima potencial. Las mejores baterías disponibles generan suficiente energía durante aproximadamente seis minutos antes de que necesiten recargarse; los más grandes pueden durar hasta 15 minutos, pero el peso extra no vale la pena el poder extra. "La tecnología para hacer que alguien sea más rápido está aquí, pero estamos esperando que el mundo de la batería se ponga al día".

Mientras Kerestes espera, está encontrando maneras de incorporar el jetpack en actividades y escenarios que podrían beneficiarse de un tiempo de vuelo corto pero poderoso. Los deportes extremos son una primera aplicación obvia. Kerestes dice que ha probado el dispositivo con ciclistas y ha descubierto que el impulso puede llevar a un ciclista hasta 50 millas por hora sin pedalear. Los patinadores y jumpers base también podrían estar interesados ??en aumentar su deporte con una explosión de energía.

También hay aplicaciones para situaciones muy específicas del mundo real. Kerestes dice que los agentes de policía lo han intentado, ya que la mayoría de las actividades de pie duran solo unos minutos. Y el jetpack podría usarse para la prevención de lesiones o rehabilitación. Kerestes dice que los soldados a menudo se fracturan las extremidades debido a los saltos de altura. "La idea es que podría aliviar ese impacto por solo una fracción de segundo. Justo antes de que toquen el suelo, el jetpack se dispara y los lleva a una velocidad de aterrizaje segura ".

Más allá de las ventajas obvias y prácticas de la tecnología de aumento como la fuerza o la velocidad, también abren nuevas vías para la expresión humana. Con prótesis específicamente diseñadas para ciclismo , escalada en roca y tiro con arco , todo tipo de deportes se vuelven accesibles para más personas que nunca antes. Pero para la modelo y músico de origen letón Viktoria Modesta, las prótesis también ofrecen la capacidad de expresarse artísticamente.

A los 20 años, después de años de dolor por un accidente durante el parto, Modesta decidió someterse a una operación para extirpar la pierna izquierda debajo de la rodilla. "Realmente me ha dado una perspectiva diferente", dice ella. "¿Qué pasa si te vuelves más un arquitecto de tu propio físico e identidad? ¿Cuánto de eso puedes realmente dar forma, controlar y decidir?"

Al trabajar con diseñadores, ingenieros y científicos, los proyectos de Modesta convierten en ideas tradicionales la discapacidad, explorando la vitalidad y belleza del cuerpo elegido. Modesta dice que ha sentido un tipo de libertad al trascender el cuerpo, viéndolo como una herramienta en lugar de una característica definitoria de una persona. "Puedo trabajar en el diseño de mi propia extremidad y mirar el cuerpo como una cuestión conceptual o como una obra de arte, si así lo deseo", dice. "Considero firmemente la idea de rediseñar mi cuerpo de una manera que me parezca adecuada para el tipo de historia que quiero contar".

El video musical para "Prototype" de Vicktoria Modesta

Además de su trabajo como artista, Modesta también es miembro del Media Lab del MIT, y trabaja con el investigador Hugh Herr en pruebas y retroalimentación para sus piernas biónicas , que están controladas por los pensamientos del usuario. Herr, que se sometió a una doble amputación después de un accidente de escalada, "tiene una visión y una actitud similares respecto del uso de miembros artificiales y lo que significa ser una persona", dice. En una entrevista de 2014 con Newsweek , Herr fue más allá, argumentando que es posthumano. "Cuando incluyes mis partes biológicas y biónicas, mi cuerpo evoluciona más rápido que el tuyo".

A medida que evolucionen las posibilidades del cuerpo humano, también lo harán nuestras percepciones de sus capacidades biomecánicas "naturales". Modesta juega con esta idea, con diseños que destacan específicamente sus piernas elegidas: una adornada con cristales de Swarovski, otra iluminada, atrayendo a las polillas zumbantes. El punto es que el futuro de los cuerpos humanos aumentados podría ser algo más que una simple función: podría ser cualquier cantidad de cosas, siempre que sea accesible y esté disponible para quienes la necesitan y desean.

"En el futuro, no se tratará de cómo aparezcas, sino de cómo te comportas", dice Schneider. "La sociedad ha cambiado; nos movemos rápido, lo que permite a las personas trepar, caminar, gatear y hacer cosas que nunca antes habían hecho ".

Esta pieza es el sexto episodio de Human Machine, una serie que explora las líneas cada vez más borrosas entre humanos y máquinas. Puede suscribirse al boletín de la serie aquí , y hemos estado discutiendo los problemas planteados a lo largo de esta serie en el grupo de discusión de Facebook aquí . ¡Mira la página principal de la serie para ver más episodios!

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Texto original en inglés.