Armado para el Futuro: El Proyecto ‘Prótesis Revolucionarias’ de DARPA está por Concluir

Por Judith Philipps Otto
Harshbarger

En una exclusiva entrevista con The O&P EDGE, Stuart Harshbarger discute como el programa 2009 de prótesis revolucionarias de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de la Defensa (DARPA) está tomando forma en su etapa final.

Al momento de que esta revista de The O&P EDGE pase a la imprenta, la agencia DARPA estará presentando el modelo final de su prótesis modular (MPL)—lo que implica la culminación de un titánico esfuerzo de cuatro años con la participación de 30 universidades e instituciones de investigación y mas de 300 "cerebros" de los más dotados de nuestro país.

"Esto será sin lugar a dudas el sistema protésico avanzado de mayor destreza en el mundo" dice Stuart Harshbarger, director general científico de Orthocare Innovations en Oklahoma City, Oklahoma, y principal científico investigador del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins (APL) en Laurel, Maryland, quien trabajó como gerente del programa para este proyecto. "Yo no creo que nadie pueda discutir esto."

La asignación fue suficientemente fuerte para lograr el estremecimiento: Los miembros del equipo fueron instruidos para duplicar no solamente la complejidad de una mano de cinco dedos con oposición del dedo pulgar sino también, igualar la muñeca, el codo y el hombro con mas de 22 rangos de movimiento separados en total—y controlarlos todos vía una conexión directa a la mente del usuario; apropiados movimientos del brazo y la mano han sido conducidos solamente con el intento o el deseo, más que a través de un enfoque conciente de los pasos mecánicos requeridos para lograr cada movimiento.

El ámbito y la complejidad de este reto ha sido enorme—involucrando y coordinando los esfuerzos de un gran número de investigadores de neurociencia aplicada, clínicos, bioquímicos, ingenieros electro-mecánicos y de cómputos para enfrentar distintos aspectos tales como la apariencia humana, el rendimiento funcional y la tecnología de interfase neural que van desde lo no invasivo hasta el centro cortical. La logística de comunicación involucró a lo que Harshbarger se refiere como el marco corporativo virtual, con miembros integrados por medio de numerosas líneas cibernéticas de herramientas virtuales de colaboración, así como conferencias telefónicas frecuentes y visitas programadas.

Los resultados sin embargos son suficientes para hacer una película de ciencia ficción. Es tentador dejar que el factor "sorpresa" nos traslade a una revista de caricaturas sobre biónica, robots y súper héroes fabricados. Después de haber experimentado esto, notamos que no se trata solamente de una Gran Idea—que ha sido llamada como el "Maserati de las prótesis—sino la cueva del tesoro de Aladino, repleta de una miríada de gemas de descubrimientos y logros-cada uno, un gran milagro en sí mismos.

Harshbarger está de acuerdo que "existen muchas joyas en término del desarrollo de la tecnología." "Yo creo que el programa va a tener consecuencias de largo alcance más allá de las prótesis de extremidades superiores. Ya hemos visto algunas de las tecnologías de la Fase Uno que se han utilizado en la aplicación de extremidades inferiores a través de los métodos de alineación de rodillas y piernas artificiales. La tecnología no ha encontrado el camino a la solución final para prótesis de miembro superior pero, resultó ser casi una solución ideal para las prótesis de extremidad inferior por lo que estamos muy satisfechos."

Harshbarger indica que muchos otros tesoros se generaran de este programa:

  • Algunas de las investigaciones usando nano-tubos de carbono para el desarrollo de cubiertas cosméticas y sensores, fueron viables, pero esto resulta prematuro y muy costoso para continuarlo en un periodo cercano. Es muy probable que esto sea viable con el tiempo cuando el proceso de fabricación resulte menos costoso y más popular.
  • Algunos materiales pueden ser utilizados conjuntamente con cubiertas cosméticas para desarrollar una conductividad térmica que haga que los sensores térmicos propios de la extremidad trabajen mejor y más parecido a los sensores naturales de nuestra propia extremidad.
  • " Algunos materiales pueden ser mezclados y procesados de tal manera que presenten fuertes propiedades hidrofóbicas (repelen el agua). La investigación en curso, procura lograr la utilización de este proceso hidrofóbico de los nano-tubos de carbono en las capas de materiales de la cuenca para que retire sudoración y humedad del tejido blando mejorando la comodidad del paciente y reduciendo las irritaciones de la piel.

"Esto es algo que no habíamos considerado al inicio del programa pero se ha presentado como resultado de esta mezcla que también nos aporta otros descubrimientos," reflexiona él.

Harshbarger y Orthocare Innovations están comprometidos con la doble utilización de esta tecnología. "En el proceso de fabricación de este sistema protésico, nosotros hemos desarrollado el más avanzado, diestro y con los movimientos más parecidos a los del ser humano existente en el mundo.

Si observamos las plataformas robóticas-móviles que han sido utilizadas por los militares para tratar explosivos y material bélico, queda claro que ellas podrían beneficiarse de esta muy mejorada destreza. Muchos de los individuos que fueron analizados como pacientes protésicos fueron lesionados por la falta de sofisticación y de destreza en estas plataformas móviles.

"A pesar de que esto fue algo que no consideramos inicialmente, estamos ahora trabajando para integrar una versión de características militarizadas en estos equipos de plataformas robóticas móviles para lograr con ello, que los operarios humanos no tengan que lidiar directamente con los peligros de estas tareas."

Harshbarger comenta que a pesar de los impresionantes logros alcanzados con el programa Prótesis Revolucionarias 2009 (RP 2009), él se aleja de lo superlativo.

"Algunos reportes preliminares alimentaron la hipótesis de que este sistema seria realmente el remplazo natural de la extremidad humana y que podría ser integrada perfectamente en el cuerpo humano. Los prototipos desarrollados hace dos años fueron realmente impresionantes pero están muy lejos de ese estándar.

"Reconociendo todos los aspectos sociales y de rehabilitación que las personas con este nivel de lesión deben atravesar, y considerando el desafío de terapias y rehabilitación con los múltiples aspectos socio-psicológicos con que este campo debe lidiar, Yo creo que hay algo de falta de servicio si calificamos los logros del programa como un asunto de ciencia ficción."

De hecho, una de las principales ventajas de MPL es su naturaleza modular, más que su glamorosa imagen de alta tecnología. Diseñada para ser ajustada a cualquier nivel de lesión, y capaz de superar los niveles de desempeño, la MPL puede virtualmente representar el todo para cualquier amputado de miembro superior. Aún considerando una versión con un menor nivel de desempeño, esto representa una mejora significativa para lo que actualmente existe, comenta Harshbarger y, "a un costo mucho mas modesto."

Los Desafíos

Llegar a este punto no fue fácil sin embargo.

"Podríamos decir que el más importante desafío enfrentado, fue el principio de literalmente interceptar la señal directamente del sistema nervioso central", comentó Harshbarger. "Yo estoy particularmente orgulloso del progreso en el desarrollo de este amplio rango de aditamentos neurales inalámbricos que están ahora funcionando y en su etapa final de incorporación en el sistema modular de la extremidad protésica. En términos generales nosotros estuvimos sorprendidos y optimistas de la naturaleza de este nivel de control y hasta cierto punto, de la retroalimentación sensorial que es posible al utilizar el selecto grupo muscular re-inervado [TMR] procedimiento que el Dr. Todd Kuiken aportó al equipo.

"La buena noticia es que alguna tecnología ha avanzado rápidamente y ha sido más exitosa desde el punto de vista de ingeniería que lo previamente anticipado. El desafío ahora es lograr que estos aditamentos sean seguros y efectivos bajo los estándares del proceso de regulaciones de la FDA—y que se asegure que pueden ofrecer un apropiado y prolongado desempeño en la vida de estos individuos."

Guiar estos aditamentos implantables inalámbricos a través del proceso de la Food and Drug Administration de los Estados Unidos (FDA), sabiendo que estos están trabajando y demostrando los principios básicos, requiere de otro enorme esfuerzo para la recaudación de data que subsecuentemente asegure la viabilidad a largo plazo de este noble sistema. Este proceso puede tomar muchísimo más tiempo que lo que nos ha tardado la investigación y el desarrollo hasta hoy.

"Nadie ha hecho esto nunca antes," Harshbarger resalta. "Nunca habíamos tenido un candidato humano, por lo que nadie tiene información de por cuanto tiempo estos aditamentos permanecerán viables. Nosotros estamos trabajando arduamente sobre los caminos correctos de la investigación médica para responder estas preguntas, pero esto es algo que no podremos hacer en un periodo de cuatro años.

"Estas son las cosas que nosotros esperamos que DARPA y algunos de los otros patrocinadores gubernamentales puedan apoyar. Quizás el Congreso pueda intervenir para asegurar que esta interfase invaluable de trabajo no muera en el proceso porque ha resultado muy difícil y muy costoso-y claramente hay mucho mas trabajo que realizar."

Que le espera a MPL?

Fotografía del sistema MPL tomada por Tom Van Doren, PhD, VP, Sistema Robóticos, Servicios de Ingeniería HDT.

El compromiso personal de Harshbarger para el futuro de MPL lo ha motivado a salirse de su rol de liderazgo en APL y entrar a su actual posición con Orthocare Innovations.

"Yo me cambié por mi creencia fundamental de que hay una oportunidad de ver esta promesa en toda su extensión, sin que solo fuera una buena demostración en el laboratorio de investigación, sino como algo que actualmente se está fabricando, impactando el campo protésico y ofreciendo la diferencia para los usuarios. Al lograr la transición del equipo de APL a Orthocare, seré capaz de facilitar el proceso de transición comercial, negociando contratos de fabricación que de otra manera hubiese sido imposible en mi posición laboral anterior."

El piensa que para el próximo año o un poco más, los productos desarrollados en el inicio de este programa de cuatro años, podrán estar disponibles por lo menos para un uso general. "Nosotros veremos con el pasar del tiempo, una portafolio completo de productos derivados de este esfuerzo—productos que reflejan el amplio espectro de 'un significativo paso y bajo costo' a un sistema de extremidad de alta capacidad funcional que resulta ser lo mejor logrado con la tecnología actual y con la significativa inversión gubernamental aportada."

Orthocare Innovations, con el apoyo de muchos otros involucrados, espera desempeñar "un importante papel" en lograr que estos productos estén disponibles para veteranos, y personal militar que regresa a sus actividades laborales o como civiles.

"Orthocare esta en el proceso de trabajar con un numero de socios en el programa para establecer una empresa conjunta y obtener la licencia de la tecnología y toda la propiedad intelectual pertinente de los otros participantes permitiendo que el sistema protésico pueda ser construido para uso comercial. Sujeto a acuerdos legales, esperamos desempeñar un papel—quizás el principal—trabajando en colaboración con algunos de los otros involucrados con el programa de DARPA para fomentar la transición de esa tecnología en un sistema integrado que pueda ser fabricado y despachado."

Una vez que la MPL llegue a la disponibilidad comercial el reembolso se convierte en un reto para los candidatos de la extremidad. Aunque los diferentes dispositivos terminales y configuraciones de la mano pueden eventualmente ser vendidos a todos los consumidores, la aprobación del pago puede inicialmente ser difícil de obtener.

"Parte de nuestro esfuerzo será el recopilar los datos científicos que demuestren la eficacia de estos sistemas frente a algunas de las tecnologías existentes en términos de rendimiento funcional, aceptación del usuario y resultados relativos", dice Harshbarger.

"Estos datos nos ayudarían a que los pagos y reembolsos puedan apoyar esta tecnología frente a otras opciones.

¿Valió la pena?

Harshbarger admite, "que jugar un papel clave de liderazgo en un proyecto que ya ha hecho historia, fue la oportunidad de su vida. En definitiva creo que habremos logrado todos los objetivos establecidos por DARPA—habiendo plantado también un vasto número de conceptos tecnológicos que inicialmente no creímos que tenían relación o implicación cuando iniciamos el proyecto."

"Me siento muy bien al respecto," concluye Harshbarger. "Yo no se si podría vivir lo suficiente para hacer esto nuevamente, pero definitivamente estoy orgulloso de haber formado parte de este proyecto y muy feliz del legado que se obtenga de el."

Judith Philipps Otto es una escritora independiente que ha servido en el mercadeo y las relaciones públicas para varios clientes en la profesión de O&P. Ella ha sido periodista y editora de periódicos y ha ganado premios nacionales e internacionales como escritora-productora de transmisión.

Traducción al Español
Dr. José Paúl Rodríguez M.
Médico Fisiatra
Santo Domingo, República Dominicana
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