Biomecatrónica para niños
La biomecatrónica es una ciencia que combina varias áreas de estudio para ayudar a las personas. Imagina que es como un equipo de expertos que unen conocimientos de la biología (cómo funciona el cuerpo), la mecánica (cómo se mueven las cosas) y la electrónica (cómo funcionan los circuitos y la electricidad).
El objetivo principal de la biomecatrónica es crear dispositivos que puedan ayudar a mejorar el movimiento del cuerpo humano. Esto es muy útil para personas que han perdido la capacidad de mover una parte de su cuerpo debido a un accidente, una enfermedad o porque nacieron con alguna condición.
Un ejemplo interesante de biomecatrónica es un experimento que hizo el profesor Hugh Herr del MIT. Él usó músculos de ranas para hacer que un pez mecánico nadara. Al enviar pequeñas señales eléctricas a los músculos, el pez se movía. La idea de estos experimentos es diseñar aparatos que puedan interactuar con nuestros músculos, huesos y sistema nervioso para ayudarnos a movernos mejor.
Contenido
¿Cómo funciona la biomecatrónica?
La biomecatrónica estudia cómo se mueve el cuerpo humano. Por ejemplo, cuando caminas, ocurren varios pasos para que puedas levantar el pie:
- Primero, tu cerebro envía señales a los músculos de tu pierna y pie.
- Luego, unas células especiales en tu pie mandan información de vuelta al cerebro. Esto ayuda al cerebro a saber cuánta fuerza necesitan tus músculos para caminar sobre diferentes superficies, como el pasto o el cemento.
- Después, otras células nerviosas en los músculos de tu pierna sienten la posición del pie y también envían esa información al cerebro.
- Finalmente, cuando levantas el pie para dar un paso, se envían más señales a los músculos para que el pie baje de nuevo.
Componentes clave de los dispositivos biomecatrónicos
Los dispositivos biomecatrónicos tienen varias partes importantes que trabajan juntas:
Biosensores: ¿Qué quieren hacer los usuarios?
Los biosensores son como pequeños detectores que entienden lo que una persona quiere hacer o mover. Pueden captar información del sistema nervioso o de los músculos del usuario. Esta información se envía a un "controlador" que está dentro o fuera del dispositivo biomecatrónico. Los biosensores también reciben datos sobre la posición y la fuerza de las extremidades. Pueden ser cables que detectan actividad eléctrica, pequeñas agujas que se colocan en los músculos o guías donde crecen los nervios.
Sensores mecánicos: Midiendo el movimiento
Los sensores mecánicos se encargan de medir cómo se mueve el dispositivo biomecatrónico. Luego, envían esa información a los biosensores o al controlador.
Controlador: El "cerebro" del dispositivo
El controlador es la parte que une lo que el usuario quiere hacer con las partes que se mueven (los actuadores). También interpreta la información que recibe de los biosensores y los sensores mecánicos para que el usuario sepa qué está pasando. Además, el controlador se encarga de dirigir los movimientos del dispositivo.
Actuador: El "músculo" artificial
El actuador es como un músculo artificial. Su trabajo es generar fuerza y movimiento. Dependiendo de si el dispositivo es para ayudar a una parte del cuerpo (ortopédico) o para reemplazarla (protésico), el actuador puede ser un motor que ayuda o sustituye al músculo original de la persona.
Investigación en biomecatrónica
La biomecatrónica es un campo que está creciendo muy rápido. Hay varios laboratorios importantes que investigan en esta área, como el Instituto de Rehabilitación de Chicago, la Universidad de California en Berkeley, el MIT, la Universidad de Twente en Holanda y el Tecnológico de Monterrey campus Guadalajara en México.
Las investigaciones actuales se enfocan en tres puntos principales:
- Analizar los movimientos complejos del cuerpo humano para diseñar mejores dispositivos.
- Estudiar cómo conectar dispositivos electrónicos con el sistema nervioso.
- Probar formas de usar tejido muscular real como "motores" para dispositivos electrónicos.
Analizando los movimientos del cuerpo
Para entender los movimientos humanos, que son muy complejos, se necesita mucho análisis. Instituciones como el MIT y la Universidad de Twente usan modelos de computadora, sistemas de cámaras y otras técnicas para estudiar estos movimientos.
Interconexión: Conectando dispositivos con el cuerpo
La interconexión permite que los dispositivos biomecatrónicos se conecten con los músculos y nervios de una persona para enviar y recibir información. Esta tecnología es muy avanzada y no se encuentra en todos los aparatos. En la Universidad de Twente, los científicos están haciendo grandes avances. Han creado un dispositivo que podría ayudar a personas con parálisis o que han tenido un derrame cerebral y tienen dificultades para controlar su pie al caminar. También están cerca de descubrir cómo una persona con una pierna que ha sido amputada podría controlar su prótesis de pierna usando los músculos que le quedan.
Investigaciones en el MIT
Hugh Herr es un científico muy importante en biomecatrónica en el MIT. Él y su equipo están desarrollando dispositivos protésicos que cada vez imitan mejor los movimientos humanos. Están trabajando en dos prótesis: una para controlar los movimientos de la rodilla y otra para controlar la rigidez de la articulación del tobillo.
El pez robótico
Como se mencionó antes, Herr y sus colegas crearon un pez robótico que se movía gracias a músculos de ranas. Este pez fue un ejemplo de un dispositivo biomecatrónico que usaba un "motor" vivo. El pez tenía estas características:
- Un flotador de espuma para que pudiera flotar.
- Cables eléctricos para las conexiones.
- Una cola de silicona para ayudarlo a nadar con fuerza.
- Baterías de litio para darle energía.
- Un pequeño controlador electrónico para manejar el movimiento.
- Un sensor infrarrojo para comunicarse con un dispositivo portátil.
- Músculos que eran estimulados por una unidad electrónica.
Avances y futuro
La necesidad de dispositivos biomecatrónicos es muy grande. Gracias a los avances tecnológicos, los investigadores han podido crear extremidades protésicas que funcionan de manera muy parecida a las humanas. Algunos ejemplos son el "i-limb", una mano protésica con articulaciones, y el PowerFoot BiOM de Herr, que simula los procesos de músculos y tendones del cuerpo.
La investigación en biomecatrónica también ayuda a entender mejor cómo funciona el cuerpo humano. Por ejemplo, investigadores han creado un exoesqueleto que hace que caminar sea un 7% menos cansado.
Muchos investigadores de biomecatrónica colaboran con organizaciones militares para ayudar a soldados y veteranos.
A pesar de la gran demanda, las tecnologías biomecatrónicas enfrentan desafíos en el mercado de la salud, como los altos costos y la falta de cobertura por parte de algunos seguros. Además, los dispositivos biomecatrónicos, aunque han mejorado, todavía tienen limitaciones como la duración de la batería, la fiabilidad mecánica y la conexión con los nervios del cuerpo humano.
Véase también
En inglés: Biomechatronics Facts for Kids
- Biónico
- Ingeniería biomédica
- Interfaz Cerebro Computadora
- Cibernética
- Mecatrónica
- Ingeniería neural
- Neuroprótesis
- Prótesis
- Ortesis
