Dorsal Grasper proporciona un enfoque de agarre intuitivo y colaborativo
Más de 15 millones de personas en todo el mundo viven con lesiones de la médula espinal (LME), que pueden afectar sus funciones sensoriales y motoras por debajo del nivel de lesión. Para las personas con LME entre los niveles cervicales C5 y C7, esto puede significar parálisis que afecta sus extremidades y una flexión voluntaria limitada de los dedos y la muñeca, lo que dificulta la captura de objetos grandes y pesados.
Ahora, un equipo de ingenieros de UC Berkeley de la Grupo de Destreza Encarnado ha desarrollado un dispositivo portátil para mejorar la funcionalidad de agarre en esta población. Apodado el Dorsal Grasper, este dispositivo de asistencia aprovecha la extensión voluntaria de la muñeca y utiliza dedos robóticos supernumerarios en la parte posterior de la mano para facilitar el agarre colaborativo entre humanos y robots.
En un estudio recientemente presentado en IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering», los investigadores demostraron por primera vez cómo el Dorsal Grasper puede expandir el espacio de trabajo captable users’. Los sujetos de prueba descubrieron que podían agarrar fácilmente objetos en cualquier lugar donde pudieran alcanzar su brazo, sin tener que rotar sus cuerpos, lo que puede hacer que los usuarios de sillas de ruedas pierdan el equilibrio.
La profesora asociada Hannah Stuart, el estudiante de doctorado Andrew “Drew” McPherson y el investigador postdoctoral Jungpyo Lee — todos con el Departamento de Ingeniería Mecánica — hablaron con UC Berkeley Engineering sobre su investigación y los desafíos de diseñar un dispositivo que la gente querrá usar.
¿Qué tiene de único el Dorsal Grasper?
Hannah: Weiosve diseñó el Dorsal Grasper para habilitar lo que llamamos agarre colaborativo. Las personas con tetraplejia a menudo conservan la capacidad de extender la muñeca hacia atrás, pero no tienen la capacidad de flexionarla hacia adelante, por lo que tienen esta direccionalidad. Y las personas pueden ser fuertes en su muñeca, en extensión, y eso es una parte importante de la función diaria. Queríamos mejorar esa capacidad al permitir el agarre, pero de tal manera que la persona sea un socio activo en el alcance.
El Dorsal Grasper, con sus dedos robóticos supernumerarios, puede ampliar la gama de objetos y espacios de trabajo. (Foto de Adam Lau/Berkeley Engineering)
Otra característica única es el uso de dispositivos de dedos robóticos para agarrar con el dorso de la mano. Hoy en día, los dispositivos portátiles robóticos a menudo se ajustan alrededor de los dedos de la persona, lo que crea una tensión entre lo que la persona y el robot quieren hacer. Con agarre supernumerario, tanto la persona como el robot son libres de actuar como mejor les parezca. Y aunque agarrar con el dorso de la mano puede parecer un poco tonto, creemos que tiene grandes ventajas que algún día podrían permitir que el Dorsal Grasper sea un dispositivo accesible y efectivo.
Drew: Esta población también utiliza generalmente sillas de ruedas para moverse. Por lo tanto, puede ser difícil acercarse a ciertas superficies de frente, como los mostradores o el refrigerador, para agarrar algo, dado que las piernas están en el camino. Y con un control limitado del tronco y la movilidad general del cuerpo, ese tipo de espacio de trabajo agarrable, o poder llegar a las cosas desde un mostrador, está realmente restringido.
Este dispositivo se destaca por que puede agarrar con una mano prácticamente en cualquier lugar donde pueda alcanzar ese brazo, lo que expande enormemente su espacio de trabajo. Y puedes agarrar objetos más grandes usando los dedos robóticos supernumerarios.
¿Qué aprendiste de tus últimas pruebas en el laboratorio del Dorsal Grasper?
Jungpyo: Según nuestras pruebas en el laboratorio con el Dorsal Grasper, descubrimos que los sujetos podían extender la mano y rotar mucho la mano. Así que simplemente podían girar la cabeza para ver la ubicación y luego agarrar fácilmente el objeto. Esto fue posible porque el dedo robótico podría controlarse con solo la extensión de la muñeca, algo que usan todo el tiempo. En entrevistas de seguimiento, muchos sujetos mencionaron que este método de control hizo que el funcionamiento del dispositivo se sintiera realmente intuitivo.
Hannah: Y logramos una operación tan intuitiva sin depender de ningún componente elegante, como sensores EMG [electromiografía] o interfaces neuronales.
Dorsal Grasper, Feb 2025, IEEE Trans. sobre Sys Neurales e Ingeniería de Rehabilitación, Video suplementario
Jungpyo: La persona es una pareja, controlando la extensión robótica de los dedos y la muñeca. Por ejemplo, a veces la fuerza del dedo robótico no es suficiente para agarrar un objeto pesado. En ese caso, una persona puede extender su muñeca más y aumentar la fuerza de agarre, para que pueda lograr con éxito este agarre. Y si queremos soltar un objeto de cualquier tamaño, podemos simplemente soltar nuestra muñeca y fuerza de agarre y soltar el objeto inmediatamente, sin esperar una respuesta robótica. En comparación con un sistema totalmente robótico, el Dorsal Grasper permite una respuesta más rápida.
¿Cómo ayuda el Dorsal Grasper a avanzar en el campo de la tecnología de asistencia?
Drew: Muchos dispositivos buscan reemplazar o hacer el mismo tipo de agarre que la gente ya está haciendo, y el Dorsal Grasper no está tratando de hacerlo. No he visto muchos dispositivos que admitan adecuadamente la detección de intenciones, lo cual es un desafío significativo dentro del campo. Con Dorsal Grasper, podemos usar la fuerza residual de las personas y su capacidad para mover la muñeca. Esa potencia parcial del cuerpo permite que el dispositivo lea su intención de agarrar cosas, lo que permite menos falsos positivos o menos agarres accidentales. Y esto hace que sea un poco más fácil de usar el dispositivo.
Y no se trata solo del dispositivo, sino de cómo evaluar el dispositivo. No solo estamos creando tareas que resalten los beneficios del robot, sino que estamos buscando formas en que este dispositivo pueda ayudar a alguien en la vida real. A menudo, este proceso implica aplicar mi propia experiencia vivida como persona con LME.
Drew, está a punto de concluir su Ph.D. y han estado trabajando en este proyecto durante muchos años. ¿Qué ha cambiado desde que empezaste esta investigación?
Drew: Lo que más cambió es cómo pienso sobre la usabilidad y el diseño. Iianve se vuelve más crítico sobre cómo se pueden usar los dispositivos y cómo también pueden interponerse en el camino. Creo que muchos de estos dispositivos se miran en un alcance muy estrecho de, “aquí hay un par de tareas que vamos a demostrar en un laboratorio Pero eso no necesariamente se traduce.
Dicho esto, realmente no aprecié lo difícil que sería este desafío de diseño: Construir algo que un usuario no solo querría usar porque es cómodo, sino que también se ve bien y no se destacará en la tienda de comestibles o se verá raro a menos que quieran que se vea futurista — y algunos usuarios lo hagan. De nuevo, tendrá que ser lo suficientemente fácil como para subir y bajar. De lo contrario, se va a desechar y rellenar en un armario y nunca se va a usar.
¿Qué has aprendido al trabajar con sujetos mientras pruebas el Dorsal Grasper?
Hannah: Weiosve se dio cuenta de que a pesar de que alguien tiene tetraplejia, aún podría retener mucha destreza y habilidad. Y weies ha crecido una apreciación por las habilidades que una persona tiene en ausencia del dispositivo que weestre introducir. Nuestras pruebas nos permiten ver si la introducción del dispositivo podría afectarlos negativamente o agregar nuevas habilidades.
Drew McPherson y Hannah Stuart demuestran la versión más reciente del Dorsal Grasper en el laboratorio de Enbodied Dexterity Groups en UC Berkeley. (Foto de Adam Lau/Berkeley Engineering)
Así que incluimos específicamente la evaluación de las personas que usan el dispositivo pero no lo usan. Esto vuelve a la idea de la que Drew estaba hablando: ¿Tienes que subir y bajar? ¿Es práctico? ¿Es útil? Lo primero que debe hacer un dispositivo es no interponerse en el camino. Al colocar los dedos en el dorso de la mano, esperamos que se mantenga fuera del camino, de modo que todo lo que alguien pueda hacer con sus manos antes, ya sea en toda la superficie frontal o lateral, permanezca sin obstáculos.
Drew: Y es importante ver cómo se adaptan las personas. Cómo podrían llegar a diferentes agarres. Si desarrollamos un dispositivo que podría interferir con la forma en que ya hacen las cosas, podrían estar obteniendo un negativo neto en lugar de un positivo neto en términos de poder hacer algo. Y eso tendrá un impacto real en si usan el dispositivo. Si puede hacer la tarea sin el dispositivo, y ahora es aún más difícil, o si puede hacer la misma cantidad, no hay razón para esforzarse por usar el dispositivo.
¿Qué sigue para el Dorsal Grasper?
Drew: Nuestra última versión, en la que hemos estado trabajando durante poco más de un año, está diseñada específicamente para el hogar. Esta versión del Dorsal Grasper está sin ataduras, lo que significa que los motores, las baterías y todo lo demás están físicamente en la muñeca, integrados en el dispositivo.
Weirre también lo construye para ser más robusto porque, en el hogar, las personas pueden agarrar y desgarrar las cosas de manera diferente que en un entorno de laboratorio controlado. No podemos predecir qué harán o cómo podrían romperlo. Así que probarlo y romperlo, arreglarlo y rediseñarlo ha sido el proceso. UC Berkeley News. Traducido al español
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