Desarrollo de sistemas robotizados basados en redes neuronales

Una de los fines de la tecnología es disminuir las dificultades con las que el hombre se enfrenta a sus actividades diarias, de modo que la generación de elementos que satisfagan dicho propósito es pilar de su contribución al mundo. Éste es el motivo de que el proyecto “Desarrollo de sistemas robotizados como vehículos teledirigidos e interfaces humano-máquina controladas por señales bioeléctricas”, encabezado por el doctor David Tinoco Varela, sea una solución a futuro para diferentes sectores de la población.

El proyecto surgió hace aproximadamente un año en la Facultad, con el objetivo de desarrollar interfaces humano-máquina más naturales para quien utilice algún tipo de dispositivo electrónico para un fin determinado, ya que si bien existen en el mercado una gran variedad de interfaces, éstas requieren de algún elemento externo que establezca comunicación remota, por ejemplo los controles de los televisores.

Por esto mismo, el proyecto que se gesta en la FES Cuautitlán busca que futuras aplicaciones sean controladas mediante señales bioeléctricas generadas por diferentes partes del cuerpo humano, para que de esta manera un individuo maneje o manipule un dispositivo electrónico que cuente con este sistema de reconocimiento, entre éstos: prótesis humanas, vehículos teledirigidos o sillas de ruedas computarizadas.

Uso de las señales bioeléctricas

Para solucionar la necesidad de redefinir las interacciones humano-máquina contribuyendo a la practicidad de los dispositivos de la actualidad, este equipo de ingenieros trabaja en el procesamiento de las señales bioeléctricas del cuerpo, en específico de tres músculos del antebrazo, con el fin de que, a través de ellas, un dispositivo realice sus respectivas tareas de acuerdo a los movimientos y patrones que se le hayan programado.

Esto constituye un primer gran paso del proyecto, puesto que un mayor o menor grado de naturalidad de la interfaz humano-máquina depende en su totalidad de la recepción de este tipo de señales. “Se busca que no se dependa de algún dispositivo externo, sino que simplemente con el movimiento o con un impulso eléctrico de tu propio cuerpo puedas tener el control o la facilidad de modificar, monitorizar o controlar”, aseguró el doctor Tinoco Varela.

No obstante, como el propio grupo lo comenta, cada cuerpo humano presenta matices en cuanto a los pulsos bioeléctricos; encontrar patrones, pues, se convierte en uno más de los puntos clave de la investigación. Para ello, se parte del concepto de redes neuronales, principal sustento teórico de este proyecto.

Redes neuronales, base del proyecto

El proyecto tiene como base fundamental las redes neuronales, cuya principal función es la separación y categorización de las señales, o pulsos bioeléctricos, obtenidos durante el proceso. Dicho concepto permite que cada uno de los datos recopilados sea reconocido bajo un estándar, es decir, las redes neuronales consiguen organizarlos con base en un común denominador.

Lo anterior permitirá que los dispositivos en los que se busca una mejora de la interfaz humano-máquina puedan reconocer la información y aprender de los movimientos, independientemente de las variaciones entre cada individuo. “La fuerza —de cada individuo— cambia, pero respetan un patrón, y las redes neuronales analizan ese patrón”, comentó el doctor Tinoco al respecto.

En contexto, explicó que este procedimiento se fundamenta en el funcionamiento natural de las neuronas de los individuos, las cuales establecen mayores conexiones a partir del aprendizaje y conocimientos de cada persona; las redes neuronales, por tanto, reconocen dichas situaciones y las organizan bajo un estándar, aprendiendo.

El funcionamiento de dicho concepto es llevado a la tecnología, convirtiéndose en objeto de estos especialistas: “una red neuronal artificial es un modelo computacional, electrónico o matemático  que trata de emular el aprendizaje que  se lleva a cabo dentro del cerebro humano”, de manera que se identifica el elemento común de los datos sin importar la diversidad que éstos puedan tener.

“Mientras más entrenamiento y más patrones de ingreso se tenga, se puede obtener un mejor resultado”. Así, los datos obtenidos adquieren una estandarización para que cualquier individuo haga uso de un dispositivo, proceso que se lleva a cabo mediante una interfaz entre una computadora y un microcontrolador.

Las etapas de la investigación

El proyecto consta de varias etapas: la primera, identificar los impulsos bioeléctricos para que el dispositivo implementado los reconozca y ejecute determinada acción; la segunda, establecer las redes neuronales para generalizar el conjunto de datos obtenidos en la primera parte; por último se busca tener el control total de algún dispositivo, mediante las señales bioeléctricas, y trasladar el mecanismo a otros medios electrónicos.

“El primer logro era hacer que funcionara, que hubiera una respuesta en función del impulso”, destaca todo el equipo de trabajo, proceso en el que utilizan algunos robots creados por ellos mismos simulando los dispositivos empleados en el futuro; las pruebas se realizan con un brazo y un vehículo, funcionando vía cable a través de impulsos bioeléctricos.

Sin embargo, dados los avances tecnológicos de nuestros días, se pretende que los dispositivos cuenten con comunicación inalámbrica, a fin de acercarse más a los futuros usos y aplicaciones de su proyecto, pues se lograría un intercambio de datos a distancia. El proyecto tiene un objetivo preliminar: construir una prótesis que pueda ser manipulada por medio de este mecanismo.

Relevancia del proyecto: aplicaciones

En esencia, el uso que estaría por dársele a estas mejoras en la interfaz humano-máquina, logrado por medio de señales bioeléctricas humanas, conlleva un importante beneficio a la población en la medida del impacto multifactorial de las aplicaciones. El desarrollo de una prótesis humana, por ejemplo, es una manera particular de solucionar la vida de quien lo necesite, como el mismo equipo de trabajo lo reconoce; de hecho, este es el primer producto final del proyecto.

Asimismo, el sistema permitirá contribuir en diferentes ámbitos de la sociedad, como el médico, el industrial, operaciones de rescate (para lo cual se trabajará en la inteligencia artificial, específicamente, en el reconocimiento de imágenes) o para fines de entretenimiento. Ante todo ello, y luego de un mayor desarrollo en la investigación, se busca ofrecer al sector público o privado este trabajo para su perfeccionamiento y mejor alcance.

En el proyecto colaboran egresados y alumnos de las carreras de ITSE, IME e Informática de la Facultad, César Alberto Pérez Domínguez, Rodrigo Rodríguez Corro, Jonathan Jesús Aguilar Rodríguez, Esteban García Sánchez, Eduardo Aguirre Gálvez (todos de ITSE), dirigidos por el doctor Tinoco Varela, profesor e investigador de la primera unidad multidisciplinaria de la UNAM.

Víctor M. Reyes Flores