Investigadores de la Universidad de Cornell desarrollaron un sistema robótico de alimentación que utiliza la visión por ordenador, el aprendizaje automático y la detección multimodal para alimentar con seguridad a personas con graves limitaciones de movilidad, incluidas las que padecen lesiones medulares, parálisis cerebral y esclerosis múltiple.
El robot del equipo es un brazo multiarticulado que sujeta en el extremo un utensilio hecho a medida capaz de detectar las fuerzas que se aplican sobre él.Tiene un seguimiento de la boca en tiempo real que se ajusta a los movimientos de los usuarios. está dentro de su boca. Además, algunos sólo pueden morder la comida en lugares concretos de la boca, lo que indican empujando el utensilio con la lengua.
Para hacer frente a estos retos, los investigadores desarrollaron y equiparon su robot con dos características esenciales: un seguimiento de la boca en tiempo real que se ajusta a los movimientos de los usuarios y un mecanismo de respuesta dinámica que permite al robot detectar la naturaleza de las interacciones físicas a medida que se producen y reaccionar adecuadamente. Esto permite al sistema distinguir entre espasmos repentinos, mordiscos intencionados e intentos del usuario de manipular el utensilio dentro de su boca, explican los investigadores.
“El método de seguimiento de la boca –entrenado con miles de imágenes de distintas posturas de la cabeza y expresiones faciales de los participantes– combina datos de dos cámaras situadas por encima y por debajo del utensilio”, explicó a Metro Tapomayukh “Tapo” Bhattacharjee, profesor adjunto de Informática en la Facultad de Informática y Ciencias de la Información Ann S. Bowers de Cornell y desarrollador principal del sistema.
Según se lee en la investigación, el sistema robótico alimentó con éxito a 13 personas con diversas dolencias en un estudio de usuarios realizado en tres lugares: el laboratorio EmPRISE del campus de Cornell en Ithaca, un centro médico de Nueva York y el domicilio de un cuidador en Connecticut (Estados Unidos). De acuerdo con los investigadores, el robot resultó seguro y cómodo para los usuarios.
Los investigadores afirman que, aunque es necesario seguir estudiando la utilidad del sistema a largo plazo, sus prometedores resultados ponen de relieve el potencial de mejora del nivel de independencia y la calidad de vida de los receptores de cuidados.
“Estamos capacitando a los usuarios para controlar un robot de 9 kilos sólo con la lengua”, reveló Rajat Kumar Jenamani, autor principal del artículo y estudiante de doctorado en el campo de la informática.
Principales características del robot
-El robot del equipo es un brazo multiarticulado que sujeta en el extremo un utensilio hecho a medida capaz de detectar las fuerzas que se aplican sobre él.
-Tiene un seguimiento de la boca en tiempo real que se ajusta a los movimientos de los usuarios.
Entrevista
Metro habló con Tapomayukh “Tapo” Bhattacharjee para saber más.
¿Qué le llevó o inspiró a desarrollar este sistema robótico?
–Cuando he visitado centros de asistencia, los cuidadores mencionan que a veces se sienten “avergonzados” y “socialmente desafiados” a pedir a alguien que les dé de comer cada bocado de su día a día. La alimentación es también una de las actividades que más tiempo consume a los cuidadores y contribuye a aumentar su carga de trabajo. Los robots tienen potencial para ayudar en estas situaciones, asistiendo a los receptores de cuidados y a los cuidadores en estas actividades. Un robot montado en una silla de ruedas se mueve con la persona y puede llegar a percibirse como una extensión de su propio cuerpo, lo que haría que los cuidadores sintieran que controlan mejor las actividades que realizan, con un nivel adecuado de autonomía del robot adaptado al estado del usuario. Esto es lo que nos inspiró para empezar a trabajar en la alimentación asistida por robots. Nuestro laboratorio también explora soluciones robóticas para otras actividades de la vida diaria.
P: ¿Qué tipo de tecnologías utiliza este sistema para lograr su objetivo?
–El sistema utiliza una combinación de visión por ordenador, aprendizaje automático y detección multimodal. Nuestras novedosas aportaciones técnicas en estos ámbitos dotan a nuestro robot de dos características necesarias para alimentar a personas con graves limitaciones de movilidad: un seguimiento de la boca en tiempo real que se ajusta a los movimientos del usuario y un mecanismo de respuesta dinámica que permite al robot detectar la naturaleza de las interacciones físicas en el momento en que se producen y reaccionar adecuadamente. Esto permite al sistema distinguir entre espasmos repentinos, mordiscos intencionados e intentos del usuario de manipular el utensilio dentro de su boca.
P: ¿Cómo han resuelto el problema de que las personas a las que hay que dar de comer se muevan mientras el robot hace su trabajo?
–El sistema robótico aborda los movimientos de las personas a las que se da de comer mediante el seguimiento de la boca en tiempo real y un controlador consciente de la interacción física. El método de seguimiento de la boca -entrenado con miles de imágenes de distintas posturas de la cabeza y expresiones faciales de los participantes- combina datos de dos cámaras situadas por encima y por debajo del utensilio. Esto permite una detección continua y precisa de la boca y supera cualquier obstrucción visual causada por el propio utensilio. El mecanismo de respuesta basado en la interacción física utiliza sensores visuales y de fuerza para percibir cómo interactúan los usuarios con el robot.
P: ¿Cómo funcionó el sistema robótico durante el estudio?
–El sistema robótico alimentó con éxito a 13 personas con diversas dolencias en un estudio de usuarios realizado en tres lugares: el laboratorio EmPRISE del campus de Cornell Ithaca, un centro médico de Nueva York y el domicilio de un cuidador en Connecticut. Los participantes destacaron sistemáticamente la comodidad y seguridad de nuestro sistema y le otorgaron altas puntuaciones de aceptación tecnológica, lo que subraya su potencial transformador en escenarios del mundo real.
P: ¿Cómo pueden los usuarios controlar el robot con la lengua?
–Los usuarios podían controlar el robot con la lengua empujando el utensilio hasta el lugar de la boca donde querían colocar la comida. Mediante métodos de aprendizaje automático que utilizan la detección y la percepción multimodales, el robot puede distinguir entre los distintos tipos de interacciones físicas que pueden producirse dentro de la boca. Esto le permite distinguir la manipulación dentro de la boca con la lengua del resto y cambiar a una estrategia de control muy sensible a las fuerzas ejercidas sobre el utensilio, medidas con un sensor de fuerza-par en el utensilio hecho a medida. Cuando el usuario coloca el utensilio en el lugar que prefiere y lo muerde, el robot toma nota de esa posición. A continuación, lo recuerda y vuelve a ese punto exacto para los siguientes mordiscos, con lo que el usuario controla dónde recibe la comida. Este método aumenta la autonomía de las personas alimentadas, permitiéndoles desempeñar un papel más activo en el proceso de alimentación y atendiendo a sus necesidades y preferencias específicas.