Los ingenieros de la Universidad Johns Hopkins han desarrollado una mano protésica pionera que puede agarrar juguetes de peluche, botellas de agua y otros objetos cotidianos como un humano, adaptándose y ajustando cuidadosamente su agarre para evitar dañar o manipular mal lo que sostiene.
Por Roberto Molar Candanosa, Universidad Johns Hopkins
El diseño híbrido del sistema es una novedad para las manos robóticas, que normalmente son demasiado rígidas o demasiado blandas para reproducir el tacto de un humano al manipular objetos de distintas texturas y materiales. La innovación ofrece una solución prometedora para las personas con pérdida de manos y podría mejorar la forma en que los brazos robóticos interactúan con su entorno.
Los detalles sobre el dispositivo aparecen en Science Advances .
«Desde el principio, el objetivo ha sido crear una mano protésica que modelemos basándonos en las capacidades físicas y sensoriales de la mano humana: una prótesis más natural que funcione y se sienta como una extremidad perdida», dijo Sriramana Sankar, ingeniero biomédico de Johns Hopkins que dirigió el trabajo. «Queremos dar a las personas con pérdida de extremidades superiores la capacidad de interactuar de forma segura y libre con su entorno, de sentir y sostener a sus seres queridos sin temor a lastimarlos».
El dispositivo, desarrollado por el mismo Laboratorio de Neuroingeniería e Instrumentación Biomédica que en 2018 creó la primera «piel» electrónica del mundo con un sentido del dolor similar al humano, cuenta con un sistema de múltiples dedos con polímeros similares al caucho y un esqueleto interno rígido impreso en 3D. Sus tres capas de sensores táctiles, inspirados en las capas de la piel humana, le permiten agarrar y distinguir objetos de diversas formas y texturas superficiales, en lugar de solo detectar el tacto.
Cada una de las articulaciones de sus dedos, suaves y llenas de aire, se puede controlar con los músculos del antebrazo, y los algoritmos de aprendizaje automático enfocan las señales de los receptores táctiles artificiales para crear una sensación de tacto realista, dijo Sankar, explicando: «La información sensorial de sus dedos se traduce al lenguaje de los nervios para proporcionar una retroalimentación sensorial naturalista a través de la estimulación nerviosa eléctrica».
En el laboratorio, la mano identificó y manipuló 15 objetos cotidianos, incluidos delicados juguetes de peluche, esponjas para lavar platos y cajas de cartón, así como piñas, botellas de agua de metal y otros artículos más resistentes. En los experimentos, el dispositivo logró el mejor rendimiento en comparación con las alternativas, manipulando con éxito los objetos con una precisión del 99,69% y ajustando su agarre según fuera necesario para evitar accidentes. El mejor ejemplo fue cuando recogió ágilmente un vaso de plástico delgado y frágil lleno de agua, utilizando solo tres dedos sin abollarlo.
«Estamos combinando las fortalezas de la robótica rígida y blanda para imitar la mano humana», dijo Sankar. «La mano humana no es completamente rígida ni puramente blanda: es un sistema híbrido , con huesos, articulaciones blandas y tejido que trabajan juntos. Eso es lo que queremos lograr con nuestra mano protésica. Este es un nuevo territorio para la robótica y las prótesis, que antes no habían adoptado por completo esta tecnología híbrida. Se trata de poder dar un apretón de manos firme o levantar un objeto blando sin miedo a aplastarlo».
Para ayudar a los amputados a recuperar la capacidad de sentir objetos mientras los agarran, las prótesis necesitarán tres componentes clave: sensores para detectar el entorno, un sistema para traducir esos datos en señales similares a las nerviosas y una forma de estimular los nervios para que la persona pueda sentir la sensación, dijo Nitish Thakor, profesor de ingeniería biomédica de Johns Hopkins que dirigió el trabajo.
La tecnología bioinspirada permite que la mano funcione de esta manera, utilizando señales musculares del antebrazo, como la mayoría de las prótesis de mano. Estas señales conectan el cerebro y los nervios, lo que permite que la mano se flexione, se relaje o reaccione en función de su sentido del tacto. El resultado es una mano robótica que intuitivamente «sabe» lo que está tocando, de forma muy similar a como lo hace el sistema nervioso, dijo Thakor.
«Si tienes una taza de café en la mano, ¿cómo sabes que estás a punto de dejarla caer? La palma y las puntas de los dedos envían señales al cerebro de que la taza se está resbalando», explicó Thakor. «Nuestro sistema está inspirado en los nervios: modela los receptores táctiles de la mano para producir mensajes similares a los nervios, de modo que el ‘cerebro’ de la prótesis, o su computadora, comprenda si algo está caliente o frío, blando o duro, o si se está resbalando de la mano».
Si bien la investigación es un avance inicial para la tecnología robótica híbrida que podría transformar tanto las prótesis como la robótica, se necesita más trabajo para perfeccionar el sistema, dijo Thakor. Las mejoras futuras podrían incluir fuerzas de agarre más fuertes, sensores adicionales y materiales de calidad industrial.
«Esta destreza híbrida no sólo es esencial para las prótesis de próxima generación», dijo Thakor. «Es lo que necesitan las manos robóticas del futuro, porque no sólo manipularán objetos grandes y pesados. Tendrán que trabajar con materiales delicados como el vidrio, la tela o los juguetes blandos. Por eso es tan valioso un robot híbrido, diseñado como la mano humana: combina estructuras blandas y rígidas , como nuestra piel, tejidos y huesos».
Otros autores incluyen a Wen-Yu Cheng de la Florida Atlantic University; Jinghua Zhang, Ariel Slepyan, Mark M. Iskarous, Rebecca J. Greene, Rene DeBrabander y Junjun Chen de Johns Hopkins; y Arnav Gupta de la Universidad de Illinois en Chicago.
Más información: Sriramana Sankar et al, Una mano protésica biomimética natural con detección táctil neuromórfica para un agarre preciso y flexible, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr9300
