Bertolt Meyer se quita el antebrazo izquierdo y me lo da. Es liso y negro, y la mano tiene una cubierta de silicona transparente, como una funda de iPhone. Debajo de la piel gomosa hay dedos robóticos esqueléticos del tipo que podrías ver en una película de ciencia ficción: el "factor genial", lo llama Meyer.
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El hombre biónico presenta un corazón artificial capaz de bombear 2.5 galones de sangre por minuto.
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Uno de los pasos finales para crear al hombre biónico es unir las piernas y lograr que coloque un pie delante del otro.
Video: Cómo enseñar a un robot a caminar
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Los ingenieros crearon un "robot" llamado Bionic Man, usando extremidades protésicas y órganos artificiales por un valor de $ 1 millón, para mostrar cuánto del cuerpo humano ahora se puede reconstruir con metal, plástico y circuitos. (James Cheadle) 
Las primeras extremidades artificiales conocidas se usaron en Egipto hace unos 3.000 años. (Kenneth Garrett / National Geographic Stock) 
Solo recientemente hemos comenzado a ver avances exponenciales en prótesis, como la mano i-limb, usada por el psicólogo social Bertolt Meyer, que puede traducir sus señales musculares en múltiples agarres. (Gavin Rodgers / Rex Features / AP Images) 
El Bionic Man mide 6 pies y 6 pulgadas de alto e incluye un páncreas artificial, riñón y bazo. (James Cheadle) 
Bertolt Meyer se encuentra cara a cara con el Hombre Biónico. La cara de Meyer se utilizó como base para el robot. (Cámara de prensa / James Veysey / Redux) 
Hugh Herr, que perdió las piernas por congelación mientras escalaba montañas en 1982, ha inventado varias prótesis de alta tecnología, incluido el tobillo artificial BiOM. Él personalmente usa ocho piernas protésicas diferentes especialmente diseñadas para actividades que incluyen correr, nadar y escalar en hielo. (Simon Bruty / Sports Illustrated / Getty Images) 
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Sostengo el brazo en mi mano. "Es bastante ligero", le digo. "Sí, solo un par de libras", responde.
Intento no mirar el muñón donde debería estar su brazo. Meyer explica cómo funciona su prótesis. El dispositivo se sujeta por succión. Una funda de silicona en el muñón ayuda a crear un sello hermético alrededor de la extremidad. "Debe ser cómodo y cómodo al mismo tiempo", dice.
"¿Puedo tocarlo?" "Adelante", dice. Paso la mano por la silicona pegajosa y ayuda a disipar mi malestar: el muñón puede parecer extraño, pero el brazo se siente fuerte y saludable.
Meyer, de 33 años, tiene una constitución leve y tiene rasgos oscuros y una cara amigable. Nacido en Hamburgo, Alemania, que actualmente vive en Suiza, nació con solo una pulgada de brazo debajo del codo izquierdo. Lleva una prótesis de vez en cuando desde que tenía 3 meses. El primero era pasivo, solo para acostumbrar a su joven mente a tener algo extraño unido a su cuerpo. Cuando tenía 5 años, recibió un gancho, que controló con un arnés sobre sus hombros. No lo usó mucho, hasta que se unió a los Boy Scouts cuando tenía 12 años. "La desventaja es que es extremadamente incómodo porque siempre llevas puesto el arnés", dice.
Esta última iteración es una mano biónica, con cada dedo impulsado por su propio motor. Dentro del antebrazo moldeado hay dos electrodos que responden a las señales musculares en la extremidad residual: enviar una señal a un electrodo abre la mano y al otro la cierra. Activar ambos le permite a Meyer rotar la muñeca unos desconcertantes 360 grados. "La metáfora que uso para esto es aprender a estacionar su auto en paralelo", dice mientras abre la mano con un zumbido. Al principio, es un poco complicado, pero te acostumbras.
Touch Bionics, el creador de esta maravilla mecánica, lo llama i-limb. El nombre representa más que marketing. El software mejorado, las baterías de mayor duración y los microprocesadores más pequeños y más eficientes, las tecnologías que impulsan la revolución en la electrónica personal, han dado paso a una nueva era en la biónica. Además de las prótesis, que son más versátiles y fáciles de usar que nunca, los investigadores han desarrollado prototipos funcionales de órganos artificiales que pueden reemplazar el bazo, el páncreas o los pulmones. Y un implante experimental que conecta el cerebro a una computadora tiene la promesa de dar control cuadripléjico sobre las extremidades artificiales. Tales maravillas biónicas encontrarán cada vez más su camino en nuestras vidas y nuestros cuerpos. Nunca hemos sido tan reemplazables.
Conocí a Meyer un día de verano en Londres, en el patio de una fábrica de galletas del siglo XIX. Meyer es psicólogo social en la Universidad de Zurich, pero sus experiencias personales con prótesis le han inculcado una fascinación por la tecnología biónica. Él dice que los últimos cinco años, en particular, han visto una explosión de innovación. Mientras conversábamos tomando un café, los ingenieros trabajaron en una nueva demostración en un edificio cercano. Durante los últimos meses, habían estado reuniendo miembros protésicos y órganos artificiales de todo el mundo para ensamblarlos en una sola estructura artificial llamada Bionic Man. Puedes ver los sorprendentes resultados en un documental transmitido el 20 de octubre en el Canal Smithsonian.
Los ingenieros diseñaron el Bionic Man para permitir que varias de sus partes dependientes de humanos funcionen sin un cuerpo. Por ejemplo, aunque el robot está equipado con extremidades i, no posee el sistema nervioso o el cerebro para que funcionen. En cambio, Bionic Man se puede controlar de forma remota a través de una computadora y un hardware de interfaz especialmente diseñado, mientras que se puede usar una conexión Bluetooth para operar los i-limbs. No obstante, el robot muestra vívidamente cuánto de nuestros cuerpos puede ser reemplazado por circuitos, plástico y metal. Además del efecto dramático, la cara del hombre Bionic es una réplica de silicona de Meyer.
Rich Walker, el director gerente del proyecto, dice que su equipo pudo reconstruir más del 50 por ciento del cuerpo humano. El nivel de progreso en biónica no solo lo sorprendió a él, sino también "incluso a los investigadores que habían trabajado en los órganos artificiales", dice. Aunque múltiples órganos artificiales aún no pueden funcionar juntos en un solo cuerpo humano, el escenario se ha vuelto lo suficientemente realista como para que los bioeticistas, teólogos y otros estén luchando con la pregunta: ¿Cuánto de un ser humano puede ser reemplazado y aún ser considerado humano? Para muchos, el criterio es si un dispositivo mejora o interfiere con la capacidad del paciente para relacionarse con otras personas. Existe un amplio acuerdo, por ejemplo, de que la tecnología que restaura las funciones motoras a una víctima de un derrame cerebral o proporciona visión a los ciegos no hace que una persona sea menos humana. Pero, ¿qué pasa con la tecnología que algún día podría transformar el cerebro en una supercomputadora semi-orgánica? ¿O dotar a las personas de sentidos que perciben longitudes de onda de luz, frecuencias de sonidos e incluso tipos de energía que normalmente están fuera de nuestro alcance? Esas personas ya no pueden ser descritas como estrictamente "humanas", independientemente de si tales mejoras representan una mejora sobre el modelo original.
Estas grandes preguntas parecen muy lejanas cuando veo por primera vez a ingenieros trabajando en el Hombre Biónico. Sigue siendo una colección sin rostro de piezas sin ensamblar. Sin embargo, los brazos y las piernas extendidas sobre una larga mesa negra evocan claramente la forma humana.
El mismo Meyer habla de esa cualidad, describiendo su i-limb como la primera prótesis que ha utilizado en la que la estética coincide con la ingeniería. Realmente se siente como parte de él, dice.
David Gow, un ingeniero escocés que creó el i-limb, dice que uno de los logros más importantes en el campo de las prótesis ha sido hacer que los amputados se sientan sanos nuevamente, y ya no se avergüencen de ser vistos usando un miembro artificial. "Los pacientes realmente quieren darle la mano a la gente", dice.
Gow, de 56 años, ha estado fascinado por el desafío de diseñar prótesis. Después de trabajar brevemente en la industria de la defensa, se convirtió en ingeniero en un hospital de investigación del gobierno que intentaba desarrollar prótesis eléctricas. Tuvo uno de sus primeros avances al tratar de descubrir cómo diseñar una mano lo suficientemente pequeña para los niños. En lugar de emplear un motor central, el enfoque estándar, incorporó motores más pequeños en el pulgar y los dedos. La innovación redujo el tamaño de la mano y allanó el camino para los dígitos articulados.
Ese diseño modular más tarde se convirtió en la base de la i-limb: cada dedo es alimentado por un motor de 0.4 pulgadas que se apaga automáticamente cuando los sensores indican que se aplica suficiente presión a lo que se está sosteniendo. Eso no solo evita que la mano se aplaste, digamos, una taza de espuma, sino que permite una variedad de agarres. Cuando los dedos y el pulgar se bajan, crean una "fuerza de agarre" para transportar objetos grandes. Se forma otro agarre al cerrar el pulgar en el costado del dedo índice, lo que permite al usuario sostener una placa o (girar la muñeca) girar una llave en una cerradura. Un técnico o usuario puede programar la pequeña computadora del i-limb con un menú de configuraciones preestablecidas de agarre, cada una de las cuales se desencadena por un movimiento muscular específico que requiere un entrenamiento y práctica extensivos para aprender. La última versión del i-limb, lanzada en abril pasado, va un paso más allá: una aplicación cargada en un iPhone brinda a los usuarios acceso a un menú de 24 pinzamientos preestablecidos diferentes con solo tocar un botón.
Para Hugh Herr, un biofísico e ingeniero que es el director del grupo de biomecatrónica en el Laboratorio de Medios del Instituto de Tecnología de Massachusetts, las prótesis están mejorando tan rápidamente que predice que las discapacidades se eliminarán en gran medida a fines del siglo XXI. Si es así, será en gran parte gracias al propio Herr. Tenía 17 años cuando fue atrapado en una tormenta de nieve mientras escalaba el Monte Washington de New Hampshire en 1982. Fue rescatado después de tres días y medio, pero para entonces la congelación había cobrado su precio, y los cirujanos tuvieron que amputar ambos piernas debajo de las rodillas. Estaba decidido a volver a escalar montañas, pero las piernas protésicas rudimentarias con las que había sido equipado solo podían caminar lentamente. Así que Herr diseñó sus propias piernas, optimizándolas para mantener el equilibrio en las montañas tan estrechas como una moneda de diez centavos. Más de 30 años después, posee o es copropietario de más de una docena de patentes relacionadas con tecnologías protésicas, incluida una rodilla artificial controlada por computadora que se adapta automáticamente a diferentes velocidades de caminata.
Herr usa personalmente ocho tipos diferentes de piernas protésicas especializadas, diseñadas para actividades que incluyen correr, escalar en hielo y nadar. Es extremadamente difícil, dice, diseñar una sola extremidad protésica "para realizar muchas tareas tan bien como el cuerpo humano". Pero él cree que una prótesis capaz de "caminar y correr a nivel de la pierna humana" es a solo una o dos décadas de distancia.
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Las prótesis más antiguas conocidas se usaron hace unos 3.000 años en Egipto, donde los arqueólogos han desenterrado un dedo de madera tallado unido a una pieza de cuero que se puede colocar en un pie. Las extremidades mecánicas funcionales no aparecieron hasta el siglo XVI, cuando un cirujano de campo de batalla francés llamado Ambroise Paré inventó una mano con dedos flexibles operados por cierres y resortes. También construyó una pierna con una rodilla mecánica que el usuario podía bloquear en su lugar mientras estaba de pie. Pero tales avances fueron la excepción. A lo largo de la mayor parte de la historia humana, una persona que perdió una extremidad probablemente sucumbiría a una infección y moriría. Una persona nacida sin una extremidad generalmente era rechazada.
En los Estados Unidos, fue la Guerra Civil la que primero puso en uso generalizado las prótesis. La amputación de un brazo o una pierna destrozada era la mejor manera de prevenir la gangrena, y un cirujano experimentado necesitó solo unos minutos para administrar cloroformo, cortar la extremidad y coser la solapa. Alrededor de 60, 000 amputaciones fueron realizadas tanto por el Norte como por el Sur, con una tasa de supervivencia del 75 por ciento. Después de la guerra, cuando la demanda de prótesis se disparó, el gobierno intervino, proporcionando a los veteranos dinero para pagar las nuevas extremidades. Las guerras posteriores llevaron a más avances. En la Primera Guerra Mundial, se produjeron 67, 000 amputaciones solo en Alemania, y los médicos desarrollaron nuevas armas que podrían permitir a los veteranos regresar al trabajo manual y al trabajo de fábrica. Después de la Segunda Guerra Mundial, nuevos materiales como el plástico y el titanio llegaron a miembros artificiales. "Puede encontrar importantes innovaciones después de cada período de guerra y conflicto", dice Herr.
Las guerras en Irak y Afganistán no son la excepción. Desde 2006, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa ha invertido unos $ 144 millones en investigación protésica para ayudar a los aproximadamente 1.800 soldados estadounidenses que han sufrido una pérdida traumática de una extremidad.
Parte de esa inversión se destinó al invento más destacado de Herr, un tobillo biónico diseñado para personas que han perdido una o ambas piernas debajo de las rodillas. Conocido como BiOM y vendido por la compañía de Herr iWalk (actualmente hay muchas "i" en minúsculas flotando en la industria de las prótesis), el dispositivo, equipado con sensores, múltiples microprocesadores y una batería, impulsa a los usuarios hacia adelante con cada paso, ayudando Los amputados recuperan la energía perdida mientras caminan. Roy Aaron, profesor de cirugía ortopédica en la Universidad Brown y director del Centro Brown / VA de Medicina Restaurativa y Regenerativa, dice que las personas que usan un BiOM lo comparan con caminar en una pasarela móvil en un aeropuerto.
Herr imagina un futuro en el que las prótesis como el BiOM puedan fusionarse con el cuerpo humano. Los amputados que a veces tienen que soportar roces y llagas mientras usan sus dispositivos, algún día podrían unir sus extremidades artificiales directamente a sus huesos con una varilla de titanio.
Michael McLoughlin, el ingeniero líder en desarrollo de prótesis avanzadas en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, también quiere ver las extremidades biónicas que están más integradas con el cuerpo humano. El miembro protésico modular (MPL), un mecanismo artificial de brazo y mano que fue construido por el laboratorio Johns Hopkins, tiene 26 articulaciones controladas por 17 motores separados y "puede hacer casi todo lo que un miembro normal puede hacer", dice McLoughlin. Pero los movimientos sofisticados del MPL están limitados por el nivel de tecnología disponible para interactuar con el sistema nervioso del cuerpo. (Es comparable a tener una computadora personal de primera línea conectada a una conexión lenta a Internet). Lo que se necesita es una forma de aumentar el flujo de datos, posiblemente estableciendo un enlace ascendente directo al cerebro mismo.
En abril de 2011, los investigadores de Brown lograron eso cuando conectaron un brazo robótico directamente a la mente de Cathy Hutchinson, una tetrapléjica de 58 años que no puede mover sus brazos y piernas. Los resultados, capturados en video, son asombrosos: Cathy puede tomar una botella y llevársela a la boca para beber.
Esta hazaña fue posible cuando los neurocirujanos crearon un pequeño agujero en el cráneo de Cathy e implantaron un sensor del tamaño de una aspirina bebé en su corteza motora, que controla los movimientos del cuerpo. En el exterior del sensor hay 96 electrodos delgados que pueden detectar señales eléctricas emitidas por las neuronas. Cuando una persona piensa en realizar una tarea física específica, como levantar el brazo izquierdo o agarrar una botella con la mano derecha, las neuronas emiten un patrón distinto de pulsos eléctricos asociados con ese movimiento. En el caso de Hutchinson, los neurocientíficos primero le pidieron que imaginara una serie de movimientos corporales; Con cada esfuerzo mental, los electrodos implantados en su cerebro recogieron el patrón eléctrico generado por las neuronas y lo transmitieron a través de un cable a una computadora externa cerca de su silla de ruedas. Luego, los investigadores tradujeron cada patrón en un código de comando para un brazo robótico montado en la computadora, lo que le permitió controlar la mano mecánica con su mente. "Todo el estudio se materializa en un cuadro del video, y esa es la sonrisa de Cathy cuando deja la botella", dice el neurocientífico de Brown John Donoghue, quien codirige el programa de investigación.
Donoghue espera que este estudio eventualmente haga posible que el cerebro forme una interfaz directa con las extremidades biónicas. Otro objetivo es desarrollar un implante que pueda grabar y transmitir datos de forma inalámbrica. Hacerlo eliminaría el cable que actualmente conecta el cerebro a la computadora, lo que permite la movilidad del usuario y reduce el riesgo de infección que resulta de los cables que pasan a través de la piel.
Quizás el desafío más difícil que enfrentan los inventores de órganos artificiales es el sistema de defensa del cuerpo. "Si coloca algo, el sistema inmunológico de todo el cuerpo intentará aislarlo", dice Joan Taylor, profesora de farmacia de la Universidad de Montfort en Inglaterra, que está desarrollando un páncreas artificial. Su ingenioso dispositivo no contiene circuitos, baterías ni partes móviles. En cambio, un depósito de insulina está regulado por una barrera de gel única que Taylor inventó. Cuando los niveles de glucosa aumentan, el exceso de glucosa en los tejidos del cuerpo infunde el gel, lo que hace que se ablande y libere insulina. Luego, a medida que disminuyen los niveles de glucosa, el gel se vuelve a endurecer, lo que reduce la liberación de insulina. El páncreas artificial, que se implantaría entre la costilla más baja y la cadera, está conectado por dos catéteres delgados a un puerto que se encuentra justo debajo de la superficie de la piel. Cada pocas semanas, el depósito de insulina se rellena utilizando un
jeringa que encaja en el puerto.
El desafío es que, cuando Taylor probó el dispositivo en cerdos, el sistema inmunitario de los animales respondió formando tejido cicatricial conocido como adherencias. "Son como pegamento en los órganos internos", dice Taylor, "causando constricciones que pueden ser dolorosas y provocar problemas graves". Aún así, la diabetes es un problema tan extendido, ya que hasta 26 millones de estadounidenses están afectados, que Taylor está probando el páncreas artificial en animales con miras a resolver el problema del rechazo antes de comenzar los ensayos clínicos con personas.
Para algunos fabricantes de órganos artificiales, el principal problema es la sangre. Cuando encuentra algo extraño, se coagula. Es un obstáculo particular para crear un pulmón artificial efectivo, que debe pasar la sangre a través de pequeños tubos sintéticos. Taylor y otros investigadores se están asociando con especialistas en biomateriales y cirujanos que están desarrollando nuevos recubrimientos y técnicas para mejorar la aceptación del cuerpo de materiales extraños. "Creo que con más experiencia y ayuda de expertos, se puede hacer", dice ella. Pero antes de que Taylor pueda continuar su investigación, dice que necesita encontrar un socio para proporcionar más fondos.
Y los inversores privados pueden ser difíciles de conseguir, ya que puede llevar años lograr los avances tecnológicos que hacen rentable un invento. SynCardia Systems, una compañía de Arizona que fabrica un dispositivo cardíaco artificial capaz de bombear hasta 2.5 galones de sangre por minuto, se fundó en 2001 pero no estuvo en negro hasta 2011. Recientemente desarrolló un compresor portátil con batería que pesa solo 13.5 libras que permiten a un paciente salir de los confines de un hospital. La FDA aprobó el SynCardia Total Artificial Heart para pacientes con insuficiencia biventricular en etapa terminal que esperan un trasplante de corazón.
Los fabricantes de brazos y piernas biónicos también luchan una batalla financiera cuesta arriba. "Usted tiene un producto de alta gama con un mercado pequeño y eso lo hace desafiante", dice McLoughlin. “Esto no es como invertir en Facebook o Google; no va a ganar miles de millones invirtiendo en prótesis de extremidades ”. Mientras tanto, el dinero del gobierno para prótesis avanzadas podría ajustarse en los próximos años. "A medida que las guerras terminen, los fondos para este tipo de investigación se reducirán", predice el cirujano ortopédico Roy Aaron.
Luego está el costo de comprar una prótesis u órgano artificial. Un estudio reciente publicado por el Instituto Politécnico de Worcester encontró que las prótesis robóticas de las extremidades superiores cuestan entre $ 20, 000 y $ 120, 000. Aunque algunas compañías de seguros privadas cubrirán del 50 al 80 por ciento de la tarifa, otras tienen límites de pago o cubren solo un dispositivo en la vida de un paciente. También se sabe que las compañías de seguros cuestionan si las prótesis más avanzadas son "médicamente necesarias".
Herr cree que los proveedores de seguros deben repensar radicalmente sus análisis de costo-beneficio. Aunque las últimas prótesis biónicas son más caras por unidad que los dispositivos menos complejos, argumenta, reducen los pagos de atención médica a lo largo de la vida del paciente. "Cuando los amputados de piernas usan prótesis de baja tecnología, desarrollan afecciones articulares, artritis de rodilla, artritis de cadera, y están tomando medicamentos para el dolor continuamente", dice Herr. "No caminan mucho porque caminar es difícil, y eso provoca enfermedades cardiovasculares y obesidad".
Sin embargo, otras tendencias sugieren que las extremidades y los órganos artificiales pueden continuar mejorando y ser más asequibles. En el mundo desarrollado, las personas viven más tiempo que nunca y enfrentan cada vez más fallas de una parte del cuerpo u otra. La causa número uno de amputación de miembros inferiores en los Estados Unidos no es la guerra, sino la diabetes, que en sus etapas posteriores, especialmente entre los ancianos, puede dificultar la circulación hacia las extremidades. Además, Donoghue cree que la interfaz cerebro-prótesis en la que está trabajando podría ser utilizada por pacientes con accidente cerebrovascular y personas con enfermedades neurodegenerativas para ayudar a restaurar cierto grado de normalidad en sus vidas. "Todavía no estamos allí", admite Donoghue, y agrega: "Llegará un momento en que una persona tenga un derrame cerebral y si no podemos repararlo biológicamente, habrá una opción para obtener una tecnología que reconecte su cerebro . "
La mayoría de esas tecnologías aún están a años de distancia, pero si alguien se beneficiará será Patrick Kane, un hablador de 15 años con gafas gruesas y cabello rubio ralo. Poco después del nacimiento, fue afectado por una infección masiva que obligó a los médicos a extraer su brazo izquierdo y parte de su pierna derecha debajo de la rodilla. Kane es una de las personas más jóvenes en ser equipada con una prótesis i-limb del tipo que Meyer me mostró.
Lo que más le gusta a Kane es la forma en que lo hace sentir. “Antes, las miradas que recibí fueron un 'Oh, ¿qué le pasó? Pobre de él, "algo así", dice mientras nos sentamos en un café de Londres. "Ahora, es '¿Ooh? ¿Que es eso? ¡Eso es genial! "" Como si fuera una señal, un hombre mayor en la mesa de al lado dice: "Tengo que decirte algo, se ve increíble. ¡Es como un brazo de Batman! ”Kane hace una demostración para el hombre. Dicha tecnología se trata tanto de cambiar la forma en que las personas lo ven como de cambiar lo que él puede hacer.
Le pregunto a Kane acerca de algunos de los avances lejanos que podrían estar disponibles para él en las próximas décadas. ¿Querría una extremidad atornillada a su sistema esquelético? Realmente no. "Me gusta la idea de que puedo quitármelo y volver a ser yo", dice. ¿Qué pasa con un brazo protésico que podría interactuar directamente con su cerebro? "Creo que sería muy interesante", dice. Pero le preocuparía que algo saliera mal.
Dependiendo de lo que suceda después, el futuro de Kane puede estar lleno de maravillas tecnológicas: nuevas manos y pies que lo acercan o incluso más allá de las capacidades de una persona llamada capaz. O el progreso podría no llegar tan rápido. Mientras lo veo cruzar la calle hacia la parada del autobús, se me ocurre que estará bien de cualquier manera.
