Durante la pandemia, la gente adoptó todo tipo de proyectos interesantes para pasar el tiempo. Algunos hornearon pan, armaron rompecabezas o aprendieron a tejer, pero otras personas tuvieron ideas mucho más ambiciosas. Benjamin Choi, un estudiante de preparatoria en Virginia, Estados Unidos, comenzó a trabajar en un invento que rápidamente se convirtió en más que un simple “hobby pandémico”. Se propuso diseñar y construir una prótesis robótica de brazo de bajo costo que pudiera controlarse mentalmente sin requerir ninguna cirugía cerebral invasiva.
En 2020, Choi, entonces en décimo grado, planeaba pasar el verano en un laboratorio, investigando combustibles de aluminio. Debido a la pandemia, el laboratorio fue cerrado y se vio con mucho tiempo libre. En ese momento recordó un segmento del programa 60 Minutes que había visto en tercer grado, sobre las interfaces neuronales que se utilizan para controlar las prótesis. En el episodio, los investigadores implantaron pequeños sensores en la corteza motora del cerebro de una paciente, permitiéndole mover un brazo robótico usando sus pensamientos. “Estaba realmente asombrado en ese momento porque esta tecnología era tan impresionante”, dice Choi. “Pero también me alarmó que requirieran esta cirugía cerebral abierta realmente riesgosa. Y son tan inaccesibles que cuestan cientos de miles de dólares”.
Sin desanimarse por el hecho de que había sido necesario un equipo de investigadores para crear esa tecnología, Choi se dispuso a diseñar una versión mejorada él mismo. Montó un laboratorio improvisado en su sótano, sobre una mesa de ping-pong, donde trabajaba hasta 16 horas diarias. Con experiencia previa en programación y robótica, gracias a su participación en competencias de robótica a nivel internacional, pudo diseñar de forma independiente la primera versión de su brazo robótico usando la impresora 3D de 75 dólares de su hermana. El brazo tardó 30 horas en imprimirse, y como la impresora solo podía imprimir piezas de hasta 12 centímetros, Choi tuvo que atornillar y unir las piezas con bandas elásticas para crear el prototipo. Esta versión inicial funcionaba con datos de ondas cerebrales y gestos con la cabeza. El algoritmo de interpretación de ondas cerebrales que iba a escribir desde cero, para el que ahora adquirió una patente provisional, aún no existía.
En octubre de 2020, recibió una subvención de fabricación de polySpectra, Inc., una empresa que produce materiales impresos en 3D duraderos, para producir su brazo y sacarlo de la etapa de prototipo a un modelo más viable para el uso diario. Al año siguiente, ganó fondos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) para continuar con su investigación, así como la oportunidad de trabajar con expertos en la universidad.
Después de más de 75 versiones, el brazo no invasivo y controlado por la mente de Choi ahora está hecho de materiales de grado de ingeniería y funciona con el algoritmo mencionado anteriormente, que está impulsado por inteligencia artificial que interpreta las ondas cerebrales del usuario. Utiliza electroencefalografía (EEG) para evitar las técnicas invasivas de otras prótesis y, en cambio, registra la actividad eléctrica del cerebro mediante un sensor colocado en la cabeza. Para ayudar a crear este algoritmo, Choi trabajó de forma independiente con seis voluntarios adultos, recopilando sus datos de ondas cerebrales y entrenando a la IA para distinguir entre señales cerebrales. “Cuanto más se usa, descubre de manera más específica cómo piensan, cuáles son sus patrones de ondas cerebrales”, explica, “hasta que la precisión realmente aumenta significativamente para ellos con el tiempo”.
Choi demuestra la funcionalidad de su prótesis robótica.
Choi no solo concibió la tecnología no invasiva que se propuso diseñar, sino que el brazo sigue siendo asequible: su fabricación cuesta menos de 300 dólares. Choi incluso publicó instrucciones para su construcción en línea y compartió la comparación de precios: “Con un costo aproximado de 150 dólares, el brazo representa una reducción de costos significativa en comparación con las prótesis disponibles en el mercado (las prótesis mioeléctricas y ECoG pueden oscilar entre los 10,000 y 450,000 dólares).
Ahora, a los 17 años, la invención le ha valido un lugar entre los 40 finalistas principales de Regeneron Science Talent Search 2022, la competencia de ciencias y matemáticas más antigua y prestigiosa de Estados Unidos para estudiantes de último año de preparatoria. A pesar de la atención que ha recibido, mantiene su humildad y dice: “Significa mucho para mí ver que mi trabajo sea reconocido de esta manera. Definitivamente estoy muy agradecido de ser finalista”. Choi planea estudiar ingeniería en la universidad y quiere seguir mejorando su prótesis de brazo. Además, tiene la esperanza de realizar un estudio clínico con pacientes que han perdido extremidades superiores, acercando su invento a ser una opción en el mercado para quienes lo necesitan. Está motivado por la experiencia que ya ha tenido consultando a Joseph Dunn, un hombre que perdió un brazo.
Seis meses después de que Choi comenzara a construir el brazo, publicó un video en YouTube demostrando su destreza. Esto llamó la atención de Dunn, y Choi comenzó a consultarle de forma remota sobre el diseño. Para él, trabajar con Dunn llevó el proyecto más allá de la simple ingeniería. “Tal vez esto suene un poco a cliché”, dice, “pero realmente creo que se puede ayudar a la gente a través de la ingeniería, a través de la tecnología. Trabajar con el Sr. Dunn hizo que este proyecto fuera realmente impactante, realmente inspirador y motivador”. Pensando en el futuro y en cómo puede continuar ayudando a otros, Choi dice que su algoritmo podría tener usos más allá de las prótesis, como controlar dispositivos de asistencia como sillas de ruedas y ayudar a las personas con ELA a comunicarse. “La interpretación de las ondas cerebrales es un campo emergente realmente grande”, dice. “Mi algoritmo es el mejor de todos los algoritmos informados en la literatura por un margen bastante significativo” (es cierto: el algoritmo de Choi funciona con una precisión media del 95 por ciento, en comparación con el estándar anterior del 73.8 por ciento para otros similares). “Creo que podría tener grandes aplicaciones en el futuro”.
Benjamin Choi, de 17 años, diseñó una prótesis robótica de brazo impresa en 3D que puede ser controlada con la mente.
Choi explica los detalles de su diseño con polySpectra (en inglés).
Benjamin Choi: YouTube | Twitter
h/t: [Smithsonian Magazine]
Todas las imágenes vía Benjamin Choi.
Artículos relacionados:
El primer corazón impreso en 3D podría revolucionar los trasplantes de órganos
Ingenieros del MIT ponen a prueba el diseño de Da Vinci para el puente más largo del mundo
