UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS ESCUELA DE COMPUTACIÓN E INFORMÁTICA
Presentado al Consejo Directivo como Requisito Previo para Optar al Título de: TECNÓLOGO EN COMPUTACIÓN E INFORMÁTICA TEMA: “LA BIONICA Y SUS APLICACIONES EN BENEFICIO DE LA HUMANIDAD”
AUTOR: GILBERT IVAN GAVILANEZ TRUJILLO
Guayaquil – Ecuador 2012
AGRADECIMIENTO
A Dios: Por brindarme las fuerzas tanto físicas como espirituales para lograr las metas que me he propuesto alcanzar. Al Rector: Por darme la oportunidad de concebir mis estudios en esta hermosa universidad. A los catedráticos: Que me han enseñado tantas cosas, tanto intelectuales como morales, en el transcurso de estos años. A mi tutor: Por saber guiarme con paciencia, sabiduría y respeto en todo el proceso de esta monografía y de mi formación académica. A las autoridades: Por otorgarme la confianza de poder llegar a cumplir mis anhelos.
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DEDICATORIA A mi mamá: Que con su amor y ternura a logrado hacer de mi un hombre de bien, que me ha apoyado en todo momento de mi y ha sido mi inspiración para seguir adelante. A mi padre: Que con sus consejos me ha sabido llevar por el buen camino, siempre enseñándome que el esfuerzo y el trabajo duro es siempre el mejor camino para lograr el éxito en la vida A mis hermanos: Quien siempre ha tenido la confianza en mí, que alcanzaría todo aquello que me propusiera en la vida y que me apoya incondicionalmente, sin importarle nada ni nadie, dándome ánimos para continuar.
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RESPONSABILIDAD
La responsabilidad por las investigaciones e ideas en esta monografía corresponde exclusivamente al autor y los derechos a la Universidad Agraria del Ecuador.
___________________________ Sr. Gilbert Gavilanez Trujillo C. I. 092645939-7
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INDICE AGRADECIMIENTO ................................................................................... ii DEDICATORIA .......................................................................................... iii RESPONSABILIDAD ................................................................................. iv INDICE.........................................................................................................v ÍNDICE DE GRÁFICOS ............................................................................. 7 RESUMEN ................................................................................................. 9 SUMMARY............................................................................................... 10 INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 11 METODOLOGIA ...................................................................................... 14 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................ 15 CONOCER LOS PRINCIPIOS TECNOLÓGICOS DE LA BIÓNICA, SU EVOLUCIÓN Y ALCANCE ...................................................................... 16 1.1 ¿Qué es la Biónica? ................................................................ 16 1.2 Definiciones de la Biónica ........................................................ 17 1.2.1 Años 60 .............................................................................................. 17 1.2.2 Años 70 .............................................................................................. 18 1.2.3 Años 80 .............................................................................................. 18 1.2.4 Años 90 .............................................................................................. 18 1.2.5 DIIN, 2006 ......................................................................................... 19 1.3 Historia de la Biónica ............................................................... 19 1.4 División de los sistemas Biónicos ............................................ 23 1.4.1 Sintético analógicos: ........................................................................ 23 1.4.2 Sintético compuestos: ..................................................................... 24 1.5 BIÓNICA Y METODOLOGÍA DE PROYECTO ........................ 24 1.6 BIÓNICA Referencia Etimológica ............................................ 25 1.7 BIÓNICA Referente Natural ..................................................... 26 1.8 BIÓNICA Referente Analógico ................................................ 28 1.9 BIÓNICA Referente Conceptual .............................................. 30 1.10 Biomimética ............................................................................. 33 1.11 Desarrollo y Alcance de la Biónica .......................................... 36 IDENTIFICAR LOS CAMPOS EN LOS QUE PUEDE INCURSIONAR LA BIÓNICA, RESALTANDO LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS. ........... 40 2.1 Medicina .................................................................................. 40 2.1.1 El Ojo Biónico ................................................................................... 42 v
2.1.2. El Oído Biónico ................................................................................. 48 2.1.3 Extremidades biónicas. ................................................................... 52 2.2 Audiovisual .............................................................................. 58 2.3 Diseño de productos ................................................................ 59 2.4 Diseño ..................................................................................... 61 2.4.1 Aplicación de la biónica al diseño.................................................. 62 2.5 Arquitectura biónica ................................................................. 66 2.6 Desventajas de la Biónica ....................................................... 68 DESCRIBIR EN FORMA DETALLADA LOS APORTES MÁS IMPORTANTES DE LA BIÓNICA EN BENEFICIO DE LA HUMANIDAD, IDENTIFICANDO EL ASPECTO INFORMÁTICO.................................... 70 3.1 Aplicaciones de la biónica en el cuerpo humano ..................... 70 3.2 Implantes Biónicos Oculares ................................................... 72 3.2.1 Retinal Implant AG ........................................................................... 72 3.2.2 Argus II ............................................................................................... 74 3.3 TRAJE BIÓNICO ..................................................................... 77 3.3.1 HAL-5 ................................................................................................. 77 3.3.2 REWALK............................................................................................ 80 3.4 EXTREMIDADES BIÓNICAS .................................................. 82 3.4.1 Brazo Biónico dirigido por impulsos cerebrales .......................... 82 3.4.2 Michelangelo ..................................................................................... 84 3.4.3 BeBionic ............................................................................................. 86 3.4.4 Rodilla Biónica Power Knee ........................................................... 88 CONCLUSIÓN ......................................................................................... 91 RECOMENDACIONES ............................................................................ 92 LITERATURA CITADA ........................................................................... 93 GLOSARIO .............................................................................................. 95 SIGLAS...……………………………………………………………………...101
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ÍNDICE DE GRÁFICOS GRAFICO # 1........................................................................................... GRAFICO # 2........................................................................................... GRAFICO # 3........................................................................................... GRAFICO # 4........................................................................................... GRAFICO # 5........................................................................................... GRAFICO # 6........................................................................................... GRAFICO # 7........................................................................................... GRAFICO # 8........................................................................................... GRAFICO # 9........................................................................................... GRAFICO # 10......................................................................................... GRAFICO # 11......................................................................................... GRAFICO # 12......................................................................................... GRAFICO # 13......................................................................................... GRAFICO # 14......................................................................................... GRAFICO # 15......................................................................................... GRAFICO # 16......................................................................................... GRAFICO # 17......................................................................................... GRAFICO # 18......................................................................................... GRAFICO # 19......................................................................................... GRAFICO # 20......................................................................................... GRAFICO # 21......................................................................................... GRAFICO # 22......................................................................................... GRAFICO # 23......................................................................................... GRAFICO # 24......................................................................................... GRAFICO # 25......................................................................................... GRAFICO # 26......................................................................................... GRAFICO # 27......................................................................................... GRAFICO # 28......................................................................................... GRAFICO # 29......................................................................................... GRAFICO # 30......................................................................................... GRAFICO # 31......................................................................................... GRAFICO # 32......................................................................................... GRAFICO # 33......................................................................................... 7
16 21 22 23 36 41 44 46 47 48 52 53 53 54 55 56 56 57 58 60 61 62 65 66 67 73 75 77 78 79 80 81 83
GRAFICO # 34......................................................................................... GRAFICO # 35......................................................................................... GRAFICO # 36......................................................................................... GRAFICO # 37......................................................................................... GRAFICO # 38.........................................................................................
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RESUMEN La medicina es una de las ciencias más antiguas, y es beneficiada por los avances de otras ciencias como es el caso de la electrónica que al fusionarse con la biología surge la ciencia llamada Biónica, la cual ha dado un cambio total a la medicina, proporcionándole nuevas opciones para el tratamiento de los pacientes. Existen en el mundo un gran número de personas que se han visto privadas de alguna parte de su cuerpo o de algunas de sus funciones físicas, ya sea por un accidente catastrófico o por alguna enfermedad degenerativa, es en ese instante donde aparece la Biónica para solucionar en gran medida el problema. Gracias a la aplicación de la Biónica en el tratamiento médico, ahora nos es factible crear nuevos prótesis con funciones que hace unas cuantas décadas, nos parecerían de ciencia ficción, actualmente estas prótesis permiten a los pacientes volver a integrarse a la vida cotidiana. Actualmente un paciente con una prótesis de brazo ya le es posible sentir el calor o el frio, le es posible tomar objetos o simplemente algo tan cotidiano como es estrechar la mano de otra persona, solo con un simple pensamiento, ya que las nuevas prótesis son capaces de hacer eso y mucho mas. Hace muchos años atrás el que una persona parapléjica vuelva caminar seria todo un milagro, pero no, ahora es posible gracias a dispositivos como el ReWalk que han sido creados específicamente para eso, para lograr mejor la calidad de las personas que sufren de esta condición. Cada día la tecnología avanza a pasos agigantados y gracias a la combinación de la tecnología informática y la biónica, nos es posible crear dispositivos tan maravillosos, que simplemente nos preguntamos hasta donde podremos llegar con la aplicación de esta ciencia tan innovadora como es la Biónica.
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SUMMARY Medicine is one of the oldest sciences, and is benefiting from advances in other sciences such as electronics that appears to merge with biology science called bionics, which has given a total change in medicine, providing new options for treating patients. In the world a large number of people who have been deprived of any part of your body or some of their physical functions, either by a catastrophic accident or degenerative disease, is at that moment where it appears to solve Bionics largely the problem. Through the application of bionics in medical treatment, now it is possible to create new prosthesis features a few decades ago, science fiction would seem to us now these implants allow patients to reintegrate into everyday life. Currently a patient with a prosthetic arm and he can feel the heat or cold, he can pick up objects or even something as ordinary as shaking hands with another person, only with a single thought, as the new prostheses are able to do that and much more. Many years ago where a paraplegic walk again would be a miracle, but it is now possible thanks to devices like the ReWalk that have been created specifically for that, to achieve better quality of people who suffer from this condition. Every day as technology advances by leaps and bounds and by combining computer technology and bionics, we can create such wonderful devices, they simply ask us to where we can get to the application of this science is as innovative as the Bionic.
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INTRODUCCIÓN Hoy en día encontramos la tecnología en los más diversos aspectos de nuestras vidas, gracias al trabajo científico que hoy traspasa las fronteras de lo que se creía imposible. No debemos olvidar que hasta el siglo pasado se trató de “loco” a Julio Verne por decir que el hombre llegaría a la luna y al fondo del mar. Hoy podemos decir que el crecimiento tecnológico en nuestro medio es enorme y que está siempre enfocado a hacer nuestras vidas más sencillas, es aquí donde nace la biónica como solución a ciertos problemas de la humanidad.
Por esto recalcamos aquí la importancia y validez científica de grandes avances en la recuperación de partes del cuerpo o funciones de este en personas que se han visto enfrentadas a algún obstáculo o presentan discapacidades físicas.
Etimológicamente la palabra viene del griego "Bio"; que es vida y "nica" "Técnica" o "Electrónica". Es una rama de la cibernética que estudia la biología con el fin de obtener conocimientos útiles para idear proyectos y realizar aparatos y sistemas electrónicos que ayuden a los seres humanos en sus tareas cotidianas o para remplazar extremidades perdidas en accidentes o por enfermedades, para lograr así un mejor estilo de vida para la humanidad. Se podría decir, entonces, que la biónica trata de simular el comportamiento de los seres vivos haciéndolos mejores en casi todas las ramas por medio de instrumentos mecánicos. La Biónica es tan antigua como el hombre, ya que consciente o inconscientemente la hemos usado desde la prehistoria hasta nuestros días, con la creación de Herramientas o de artefactos que ayudan al ser 11
humano a desempeñarse mejor en su ambiente. Tenemos que uno de los grandes creadores de todos los tiempos Leonardo Da Vinci, se inspiró en diversos mecanismos naturales para llevar a cabo sus similares artificiales, como los rudimentarios diseños de un primer aeroplano, que tiene mucha similitud con las alas de un murciélago, y del cual existe un boceto, además de algunos escritos donde detalla sus observaciones de aves y algunos otros animales voladores.
El término “biónica” apareció en 1960 y fue acuñado por el comandante Jack Steele de la fuerza aérea de los Estados Unidos, para describir el “el estudio de los sistemas, estructuras de animales vivos y plantas, y la
aplicación de esos principios a dispositivos, maquinas, así como sistemas artificiales para el beneficio de los humanos…. La biónica es la ciencia de
los sistemas que tienen un funcionamiento copiado del de los sistemas naturales, o que presentan las características especificas de los sistemas naturales o hasta que son análogos a ellos (citado por Gerrardin, 1968)” En el siglo XIX la biónica comienza a ser aplicada en áreas médicas: prótesis, anteojos y audífonos entre otros, fueron elementos determinados por características que se relacionaban estrechamente con la naturaleza. Existen muchísimos inventos modernos que están inspirados en modelos biológicos, tenemos el caso del Radar que se inspira en la eco localización que tienen los murciélagos para no chocar en la oscuridad, o el velcro (las cintas que usamos para sujetar las ropas o zapatos) el cual está basado en aquellas plantas que se adhieren a las ropas por medio de ganchillos, o el traje de cuerpo completo de los nadadores de competencia, el cual disminuye la fricción con el agua aumentando la velocidad y que es muy parecido a la piel que cubre a los delfines. También tenemos una gran cantidad de ejemplos desarrollados por distintas Universidades que están inspirados en serpientes, arañas, cucarachas, peces e incluso en humanos.
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“Gracias a la biónica, la medicina se ha visto favorecida con el desarrollo
de una serie de automatismos, susceptibles de mejorar las capacidades vitales que ha perdido, por ejemplo, un receptor. De hecho, ya es posible encontrar implantes cocleares o retinianos que mejoran la audición o la visión según el dispositivo del que estemos hablando. No obstante las aplicaciones son inmensas y no sólo limitadas a ampliar nuestras capacidades sensoriales (vista, oído, tacto, olfato y gusto) sino que también se pueden potenciar nuestro cerebro y sistema muscular o regular las funciones de determinados órganos como el corazón con un marcapasos”.
El objetivo general es: Describir la teoría del desarrollo tecnológico de la biónica, sus fundamentos, avances y su aplicación en beneficio del ser humano. Los objetivos específicos son:
Conocer los principios tecnológicos de la biónica, su evolución y alcance.
Identificar los campos en los que puede incursionar la biónica, resaltando las ventajas y desventajas.
Describir en forma detallada los aportes más importantes de la biónica en beneficio de la humanidad, identificando el aspecto informático.
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METODOLOGIA
Método Deductivo: Se podrá obtener una gran gama de datos sobre la biónica, pero gracias a este método permitirá escoger los más adecuados para el tema sin desviarse de los objetivos propuestos.
Método Inductivo: Mediante este método podremos obtener todos conceptos y beneficios de la biónica para la humanidad, y así poder darnos una idea general biónica y cuáles serán sus avances futuros.
Método de Análisis: Mediante este método se conseguirá el entendimiento de diversos significados a los cuales no se están familiarizados, por medio de una exhaustiva búsqueda de conocimientos.
Método de Síntesis: Con este método permitirá sacar extractos de diversos autores sobre la biónica y reunirlo en un solo contenido con la finalidad de llegar a un entendimiento completo del texto tratado.
Método Histórico: Mediante este método podremos conocer la evolución cronológica y desarrollo de la biónica en beneficio de la humanidad, a través de la historia del hombre.
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RESULTADOS Y DISCUSIÓN Probablemente la utilización de esta nueva tecnología nos pueda parecer algo futurista, sin embargo esto que aparenta avanzar lentamente cobrará en muy poco tiempo un gran auge en la medicina. Aunque aún no están claros todos los beneficios y campos de aplicación de esta ciencia, pero ya hoy sabemos que la biónica está presente en nuestra vida cotidiana, ya sea en el velcro que se utiliza en muchas prendas de vestir, el radar con el que navegan los barcos, y sin desmerecer las nuevas aplicaciones en el diseño y en la arquitectura.
Ahora sabemos que esta ciencia llego para quedarse y que cada día vemos sus avances avances sobre todo en en la medicina donde donde a través de ella se se da esperanzas a las personas personas que se se han visto visto privadas de alguna de sus funciones corporales o de alguna de sus extremidades. Si se siguen realizando investigaciones más profundas en el campo de la biónica, desde el punto de vista médico se lograría a través de estas modificaciones anatómicas extender la vida del ser humano y mejorar sus habilidades motoras y sensoriales para realizar de mejor manera su trabajo diario.
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CAPITULO I CONOCER LOS PRINCIPIOS TECNOLÓGICOS DE LA BIÓNICA, SU EVOLUCIÓN Y ALCANCE 1.1 ¿Qué es la Biónica? Etimológicamente la palabra Biónica viene del griego Bio; que es vida y nica Técnica o Electrónica. Es una rama de la cibernética que estudia la biología con el fin de obtener conocimientos útiles para idear proyectos y realizar aparatos y sistemas electrónicos. Se podría decir, entonces, que la biónica trata de simular el comportamiento de los seres vivos haciéndolos mejores en casi todas las ramas por medio de instrumentos mecánicos.
GRAFICO # 1 FUENTE: http://es.wikipedia.org/wiki/Bi%C3%B3nica ELABORACIÓN: Laura Fontanet Gómez La Biónica es tan antigua como el hombre, ya que consciente o inconscientemente la hemos usado desde la prehistoria hasta 16
nuestros días. En 1960 hubo una definición concreta del término que sigue siendo válida hoy en día y que acuñó el comandante Jack Steele, de la U.S. Air Force. Gracias a la biónica, la medicina se ha visto favorecida con el desarrollo de una serie de automatismo, susceptibles de mejorar las capacidades vitales que ha perdido, por ejemplo, un receptor. De hecho, ya es posible encontrar implantes cocleares o retinianos que mejoran la audición o la visión según el dispositivo del que estemos hablando. No obstante las aplicaciones son inmensas y no sólo limitadas a ampliar nuestras capacidades sensoriales (vista, oído, tacto, olfato y gusto) sino que también se pueden potenciar nuestro cerebro y sistema muscular o regular las funciones de determinados órganos como el corazón con un marcapasos.
1.2 Definiciones de la Biónica A través de la historia se han generado varias definiciones de la Biónica como disciplina, abordadas desde puntos de vista tan diversos como la ingeniería, la robótica y el diseño entre otros. A continuación se citan varias definiciones, entre las que se incluye la primera definición conocida acuñada en los años 60´s y procedente del ámbito militar, hasta la definición acuñada por el grupo DiiN en el año 2006. 1.2.1 Años 60 El término biónica procede de 1960; acuñado por el comandante Jack Steele de la fuerza aérea de los Estados Unidos, para describir una investigación emergente sobre la relación entre sistemas naturales y sintéticos. Su primera definición fue la siguiente: STEELE (1960), “E l análisis del
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funcionamiento real de los sistemas vivos, y una vez descubiertos los truco s, materializarlos en aparatos”. 1.2.2 Años 70 Biónica significa el uso de prototipos biológicos para el diseño de sistemas sintéticos hechos por el hombre. Para ponerlo en lenguaje más simple: estudiar los principios básicos en la naturaleza y proponer aplicaciones de principios y procesos para las necesidades de la humanidad. 1.2.3 Años 80 La biónica estudia los sistemas vivientes, o asimilables a los vivientes, y tiende a descubrir procesos, técnicas y nuevos principios aplicables a la tecnología. Examina los principios, las características y los sistemas con transposición de materia, con extensión de mandos, con transferencia de energía y de información. 1.2.4 Años 90 La Biomímesis (del griego bios, vida, mimesis, imitación) toma la naturaleza como un modelo, como una medida y como un mentor. En la naturaleza como modelo, la Biomímesis se refiera a una nueva ciencia que estudia ejemplos de la naturaleza y posteriormente imita o se inspira en estos diseños y procesos para solucionar problemas del hombre. En la naturaleza como medida, la Biomímesis se refiere al uso de un estándar ecológico para medir las bondades de nuestras innovaciones. Tras 3.8 miles de millones de años de evolución la naturaleza ha aprendido: aquello que funciona, aquellos que es apropiado y aquello que perdura. En la naturaleza como mentor, la Biomímesis se refiere a una nueva forma de
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observar y evaluar la naturaleza, introduciendo una era basada no en lo que podemos extraer del mundo natural, sino en lo que podemos aprender de éste. 1.2.5 DIIN, 2006 DIIN, (2006) “ Se entiende por Biónica el método para resolver por analogía problemas en Diseño, mediante el análisis de los entes naturales considerando cuatro aspectos en su orden: contexto, forma, estructura, y función, tratados bajo un enfoque sistémico de inferencias generador de procesos de pensamiento crítico ”. Los aspectos considerados en la Biónica corresponden a un conjunto de dominios del saber de las diferentes ciencias dirigidos a la construcción de conocimiento. Corresponde a la mente creadora del diseñador descifrar dichos contenidos y aplicarlos por transferencia de manera coherente en un objeto de diseño.
1.3 Historia de la Biónica La Biónica ha existido sin nombrarla así desde el principio de la historia del ser humano, con la creación de herramientas o de artefactos que ayudan al ser humano a desempeñarse mejor en su ambiente. No se puede hablar de un punto de inicio de la biónica, la naturaleza siempre se ha presentado al hombre, no solo como fuente de materia prima sino como ejemplificación de soluciones que, por cierto, cada vez son más sorprendentes.
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Las investigaciones de historia natural, hasta las que no parecen ser más que pura y vana curiosidad, pueden tener utilidades muy reales que serían más que cosas útiles, si antes de condenarlas se tuviera la paciencia de esperar que el tiempo enseñe el uso que se les puede dar. Se plantea sin embargo como fecha de inicio el año 1960 cuando es definida por STEELE JACK E. (1960) como: “ El estudio de los sistemas, estructuras de animales vivos y plantas, y la aplicación de esos principios a dispositivos, maquinas, así como sistemas artificiales para el beneficio de los humanos ”
En cambio GERRARDIN (1968) nos indica que “ La biónica es la ciencia de los sistemas que tienen un funcionamiento copiado del de los sistemas naturales, o que presentan las características especificas de los sistemas naturales o hasta que son a nálogos a ellos”. La Biónica ha brindado al hombre la posibilidad de adaptar acercarse a la naturaleza, observarla y analizarla para transferir esa observación en creaciones variadas, guiadas por los principios naturales hacia aplicaciones y soluciones innovadoras, funcionales, coherentes, estéticas y cada vez más cercanas a la perfección.
La Biónica es una ciencia que asume la responsabilidad histórica de vestir en sus productos, el aprendizaje que los humanos obtengamos a partir de la observación de la naturaleza. Sin embargo revelar una fecha de inicio de la disciplina es absurdo, los humanos siempre hemos copiado de la naturaleza las formas de subsistir, no obstante se puede hacer referencia como primer documento escrito DEMÓCRITO (400 a. C.) “Copiando a los animales 20
aprendemos las cosas más importantes, somos aprendices de la araña imitándole en los oficios de tejer, aprendemos de la golondrina a construir viviendas, del ruiseñor a cantar ”.
El primer registro tangible de un elemento Biónico data del 300 a. C. y consiste en una prótesis de pierna en madera y cobre, fue hallada en Capua, Italia.
GRAFICO # 2 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20medicina. pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo
Se habla de otra serie de dispositivos inspirados por la naturaleza, entre estos una maquina que podía volar que data del Siglo V d. C. pero de la cual no se tienen vestigios físicos. Solamente hasta el siglo XV comienza el auge de aplicaciones biónicas reales: Leonardo da Vinci basó muchos de sus estudios en entender el vuelo de las aves y así, crear inventos que permitieran el vuelo de humanos.
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GRAFICO # 3 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20medicina. pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo
Las aplicaciones de Da Vinci no se limitaron solo a elementos voladores, también utilizó y analizo el régimen turbulento de los canales de irrigación para generar sistemas de mantenimiento y estos han funcionado de forma correcta por 5 siglos. En el siglo XIX la biónica comienza a ser aplicada en áreas médicas: prótesis, anteojos y audífonos entre otros, fueron elementos determinados por características que se relacionaban estrechamente con la naturaleza. Un ejemplo muy cercano es el radar y el sonar, inspirados por las emisiones de alta frecuencia que generan animales como los murciélagos (ecolocación) para comunicarse y como elemento de guía durante su desplazamiento. El siglo XX encuentra en el Art Nouveau la introducción de un concepto clave, el Biodiseño. Se utilizan formas vegetales en producciones industriales, todo en busca de conceptos de ligereza y elegancia.
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Militarmente las aplicaciones han sido innumerables, el camuflaje, inspirado por el mimetismo de animales en zonas de alta vulnerabilidad frente a sus depredadores, las cortinas de humo inspiradas por animales como el calamar que liberan sustancias para no ser reconocidos por sus depredadores son entre muchos, los aportes de una disciplina inspirada en la sabiduría natural.
1.4 División de los sistemas Biónicos Los sistemas Biónicos se dividen en dos tipos: 1.4.1 Sintético analógicos: Inspiración proveniente de la naturaleza para desarrollar instrumentos tecnológicos que imitan cualidades provenientes de los seres vivos.
GRAFICO # 4 FUENTE: http://listas.20minutos.es/lista/inventos-humanosbasados-en-aptitudes-animales-187409/ ELABORACIÓN: filowoman Ejemplos: el radar inspirado por los principios de la orientación usando el eco, de los murciélagos; la luz fría o bioluminiscencia, de los peces marinos; el diseño de estructuras de gran resistencia mecánica análogas a las redes, de los arácnidos; el seguimiento de la luz solar usada por los 23
girasoles; la bioingeniería de las proteínas: la fotosíntesis vegetal en probetas. 1.4.2 Sintético compuestos: Combinan partes técnicas con partes vivas. Ejemplos: neuronas que por cultivo de tejidos crecen en placas electrónicas que pueden ser de silicio, marcapasos, un conductor manejando un automóvil, un ser humano interactuando con Internet a través de un artefacto informático, una persona con deficiencia visual usando anteojos o vidrios de contacto, otras prótesis en diferentes extremidades del cuerpo, etc.
La Biónica cuyo fin es proporcionar la ayuda necesaria para sustituir miembros superiores o inferiores por materiales tecnológicos capaces de simular los movimientos corporales a la perfección, retoma la aplicación técnica de los principios naturales convirtiéndose así en la ciencia del futuro.
1.5 BIÓNICA Y METODOLOGÍA DE PROYECTO Si consideramos, que el hombre desde siempre se ha dirigido a la naturaleza y de su funcionamiento ha derivado ideas, planteadas por J.G.Wood en su libro Revelaciones de la Naturaleza, donde aborda la íntima relación que existe entre las formas y soluciones que adopta la naturaleza y los ingenios creados por el hombre; desde herramientas para la guerra y la caza, continuando por la náutica, la arquitectura, la acústica y otros campos. Christopher Williams en su libro Los Orígenes de la Forma, presenta un interesante estudio sobre ésta, haciendo constantes comparaciones entre lo creado por la naturaleza y lo diseñado por el hombre.
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Si recordamos al Diseñador como protagonista de la evolución de la sociedad y las actividades humanas, y que proyectar no es soñar sino la fantasía del creativo hecha forma. Carmelo Di Bartolo, uno de los diseñadores más destacados en el diseño Biónico, afirma que la creatividad surge si hay vínculos, y Williams agrega que la creación sin una referencia anterior es imposible; entendiéndola como la capacidad de ver lo común dentro de un contexto nuevo o la capacidad de combinar elementos conocidos para proponer algo nuevo o que parezca nuevo. Si nos detenemos en la creatividad como surgimiento de vínculos y que estas relaciones emergen como creación si consideramos una referencia anterior, la naturaleza como modelo de referencia analógica o Biónica, nos aporta significativamente como parte del proceso metodológico del proyecto de creación.
1.6 BIÓNICA Referencia Etimológica El diseñador italiano Carmelo Di Bartolo, es quién nos introduce en la Biónica con su significado etimológico, como el estudio de las formas de vida, del griego bio que quiere decir vida, más el sufijo icos que significa estudio. Tomándose de esta definición, presenta la Biónica como una actividad tan antigua como el hombre la observación, el estudio de la naturaleza en sus formas y en las estructuras de sus componentes, con el fin de sacar más información de su medio ambiente. Bruno Munari, en su libro ¿Cómo Nacen Los Objetos? establece que la Biónica estudia los sistemas vivientes y tiende a descubrir procesos, técnicas y nuevos principios aplicables a la tecnología. Examina los principios, las características y los sistemas con
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transformación de materia, con extensión mandos, con transferencia de energía y de información. El autor agrega se toma como punto de partida un fenómeno natural y a partir de ahí se puede desarrollar una solución proyectual. Gui Bonsiepe, uno de los autores más recurridos por el mundo del diseño y la arquitectura, la define como el estudio de sistemas vivientes para aplicar a las tecnologías sus principios técnicos y procedimientos. Es particularmente apta para la capacidad de captar los detalles tridimensionales y los principios formales que los estructuran, así como para incrementar la capacidad de transformación, es decir, cuando se examina y analiza un objeto análogo.
1.7 BIÓNICA Referente Natural Si pensamos que todo lo creado por el hombre es naturaleza, y que el hombre es sólo una parte más de ella, no sería difícil entender que el medio natural nos lleva la delantera. Esta idea de referencia se encuentra presente desde el origen del objeto, cuando el hombre observaba su entorno para solucionar sus necesidades básicas y adaptar los primeros utensilios. Hoy en día, la naturaleza también puede apoyarnos en los problemas proyectuales que enfrentemos, como referente del mundo de lo natural para crear el mundo de lo artificial. Gabriel Songel plantea que todos los que nos dedicamos a la actividad proyectual, en cualquiera de sus ámbitos, desde el arte a la ingeniería, siempre hemos de crear a partir de sus materias primas, bien porque nuestras creaciones van a interactuar con el medio ambiente, o simplemente porque nos hemos sentido fascinados por la
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construcciones de sistemas complejos que la naturaleza ha sabido desarrollar. La naturaleza nos ofrece planteamientos de problemas, pero también nos ofrece de manera concreta y verificable las soluciones a ellos. Bajo esta premisa, Papanek nos introduce un pensamiento creativo donde la solución ideal a cualquier problema de diseño consiste siempre en lograr el máximo mediante lo mínimo. Bajo este principio de mínimo esfuerzo, la naturaleza actúa, vive y evoluciona. Por ello, el mismo autor insta a la utilización de los prototipos biológicos en el diseño de sistemas sintéticos creados por el hombre. Litenitsky propone el concepto de Patentes Biológicas, refiriéndose a los logros del hombre ya expresados en la naturaleza. Comenta que todos estamos acostumbrados hoy a considerar logros del ingenio humano como algo normal y corriente, sin que sintamos por ello el menor asombro. Da a entender que todo por asombroso que nos parezca tiene su registro de patentes naturales, algunos ejemplos de ellos son; la transmisión hidráulica la posee la arena, el radar ultrasonido lo tiene el murciélago, el motor a reacción funciona en el calamar, mencionando ejemplos de alta sofisticación como el sismógrafo súper sensible; presentes en el escarabajo de agua y en el saltamontes. Con estos ejemplos, el autor busca declarar que la naturaleza no solamente está bellamente construida, sino que también está idealmente calculada. Agrega que el crear en su proceso evolutivo cualquiera de sus obras, unió en un todo la armonía de la belleza con la armonía de lo racional, dándoles la única forma justa que desde el punto de vista del ingenio resulta ser óptima.
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En la naturaleza se conjugan maravillosamente lo simple y lo complejo, lo asequible y lo inaccesible a primera vista, lo común y lo novedoso, y a pesar de lo complicada y enigmática que es la hechicera naturaleza, expresado en el libro Iniciación a la Biónica; nos vamos penetrando en sus secretos. La naturaleza nos desvela fácilmente los secretos de su creación, de las originales estructuras de los organismos vivos, los procesos vitales, los principios de funcionamientos de infinitos y sutiles mecanismos.
1.8 BIÓNICA Referente Analógico Si consideramos que la base metodológica del accionar de un creativo se fundamenta en la capacidad de observación, como condición que nos hace distintos al resto de los profesionales, y nos dota de la posibilidad de detenernos mirando con un enfoque analítico y viendo lo que otros no ven a primeras; la analogía se establece como una estrategia metodológica para entender y solucionar los diferentes problemas proyectuales. Frente a cualquier proyecto de un creativo, el conocer acerca del estado del arte considerando lo que antes se ha hecho en la temática que estamos abordando, se hace un paso habitual. A nivel de la investigación, el indagar en áreas ya resueltas por el hombre es lo que nos permite proponer e innovar nuevas maneras. En el ámbito del consumo, el conocer la competencia y realizar un estudio de mercado para un producto que pensamos introducir, también se hace una etapa fundamental para el posicionamiento de una marca. Llevado al ámbito del diseño, donde constantemente estamos tratando de innovar, el observar lo realizado nos aporta para reconocer los aciertos y errores que otros han tenido.
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Pero por ejemplos, no sólo estudiar el estado de los paneles estructurales nos permitirá lograr un nuevo producto que aumente su ligereza y solidez. Es en este lineamiento, donde observar la naturaleza nos aporta significativamente. Si además de buscar los referentes analógicos en los órganos artificiales, buscamos como la naturaleza ya ha solucionado las problemáticas que pretendemos resolver, el accionar del diseñador se hace enriquecedor ofreciendo soluciones y aportes óptimos. Cuando observamos el mundo artificial, nuestra mirada está llena de preconceptos y prejuicios de lo que estamos observando. Cuando nos detenemos y analizamos las características y propiedades de un elemento animado, nuestra racionalidad nos nubla segando lo que en realidad estamos observando, y terminamos por rescatar aspectos ya intuidos. Nuestro accionar como creativos o personas, se realiza en un entorno que nosotros mismos hemos creado, donde lo artificial ha invadido nuestros espacios, y donde este mundo animado es el que nos parece más cercano. Por lo mismo, es del que más conocemos, el que nos acompaña a todos lados, con el que convivimos, y del cual más difícil se nos hace emitir una apreciación que está cargada por la subjetividad de asociaciones previas. Si volvemos a la idea de la observación como base del método de creación, y que de la analogía es de lo que los diseñadores nos nutrimos para crear; debemos convenir que es de la analogía de prender los modelos de la naturaleza que la Biónica aporta al mundo de la creación. Williams afirma que la creación sin una referencia anterior es imposible y Carmelo Di Bartolo, agrega que no se puede hacer diseño si no se piensa y la naturaleza nos invita a poner en ejercicio el pensamiento, el de un creativo que busca más allá de lo que los demás ven.
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Desde esta mirada, es que la naturaleza aplicada al diseño se sustenta fundamentalmente sobre los modelos de las estructuras presentes en el medio orgánico, no comparándola, sino con un análisis y estudio mediante el cual surgen ideas que posteriormente pueden ser aplicadas y desarrolladas en proyectos de diseño. Así, la Biónica se establece como instrumento y como estímulo para observar mejor lo que en general vemos vagamente; acción de la que los diseñadores decimos emplear como base metodológica del proceso de creación.
1.9 BIÓNICA Referente Conceptual Según Carmelo Di Bartolo la historia del hombre ha estado llena de manifestaciones expresivas, sociales, culturales y artísticas que tiene como objetivo principal la imitación de la naturaleza; en sus formas, en su substancia, en sus superficies y en su evolución. La historia del arte, de la arquitectura, de la ingeniería es una fuente inagotable de ejemplos a través de los cuales el hombre, interpretando la naturaleza, ha intentado comprender los secretos estéticos o la correcta funcionalidad en natural. Si hacemos un viaje al pasado y tomamos como protagonista a la naturaleza, reconoceremos a ésta protagonizando muchos capítulos, como parte del proceso de creación. La naturaleza ha servido como medio de inspiración, como tendencia estética que introdujo una fascinación por reproducir su forma, como referente en la organización espacial y filosofía del medio natural de la cultura Islámica, en la búsqueda por una limpieza formal durante el Renacimiento, como base de la gráfica y decoración del Modernismo, como tema principal del arte de personalidades como Gaudí y Klee, se ha reivindicado como base de una manera de entender el diseño
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ecológico; estando presente durante la evolución del hombre hasta hoy en día. Pero la naturaleza llevada a la biónica adquiere un sentido específico, que se relaciona con las observaciones realizadas por Williams, como lo plantea Songel sus sugerencias de analogías, sus observaciones sobre las estructuras, el sentido de economía, de sencillez, de la individualidad del producto, están definiendo, por aproximación, un modelo de diseño, que por basarse en la observación de la naturaleza, está muy cercano, y a veces, coincide con lo que llamaríamos diseño con método Biónico . Tomar a la naturaleza como referente es muy distinto que tomarla como referente analógico para el diseño. La analogía incorpora a la naturaleza como ya se ha planeado, como parte del método de creación. Un método que aparece como un aporte a los diferentes modelos de proyección utilizados, Songel plantea tales procesos no son antítesis de los métodos de proyección convencionales, sino más bien se apoyan en ellos para enriquecer las posibilidades creativas de intervención. De esta manera, la Biónica se hace adaptable e incorporable en cualquier método, aportando a la manera de pensar y hacer diseño, y no descartando otras metodologías. Basándonos en la observación y análisis de un organismo natural, podremos establecer relaciones con nuestro problema en cuestión. Si consideramos; la detección, el análisis, la proposición y solución, como los pasos metodológicos presentes en cualquier modelo de desarrollo de proyectos, podremos incorporar la etapa de análisis de naturaleza sin alterar su orden preestablecido.
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Convengamos que cualquier proyecto surge de una problemática u oportunidad que hemos detectado, como primer paso. De manera paralela al análisis de referentes artificiales, como parte de un proceso de estudio del arte, podremos recurrir a la naturaleza y busca desde una conceptualización y con exactitud lo que queremos solucionar, como parte de un segundo paso. Dentro de este mismo punto, y con un concepto clarificado podremos preguntarnos ¿cómo está solucionado en la naturaleza el problema específico?, y si aún no tenemos aclarada la etapa de conceptualización, el observar la naturaleza podrá darnos respuestas o idealmente reafirmar nuestra primera proposición conceptual. Gabriel Songel, establece tres etapas en el desarrollo de análisis de la naturaleza; divergencia, transposición y convergencia. Si establecemos la flexibilidad como concepto de análisis hipotético, en un proceso de divergencia, podremos diferenciar tres expresiones de nuestro concepto principal; lo elástico como lo no rígido, lo mórbido como lo no duro, y lo plegable como lo no recto. Teniendo establecida estas diferencias de expresión de nuestro concepto flexibilidad, podremos indagar en las características de cada una de ellas en una etapa de transposición, pudiendo diferenciar tres tipos de deformación como síntesis; una deformación homogénea, otra deformación irregular y una última deformación seccionada, cada una con un listado de características y deferencias formales y estructurales. Por último, podremos concluir este proceso en una tercera etapa, que cierra o converge hacia conceptos específicos cada uno de los tres conceptos preestablecidos; asociando lo elástico a una flexibilidad retráctil y con una propiedad materia transformable.
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Lo mórbido a una flexibilidad total y con una propiedad materia moldeable , y por último, lo plegable asociado a una flexibilidad controlada y con propiedad materia doblable . Con este modelo proyectual podremos dirigirnos a la naturaleza y obtener buenos resultados, deteniéndonos en los referentes biológicos bajo un objetivo específico que responda a nuestra necesidad, entregándonos argumento para dar paso a la proposición y solución del problema de diseño. También, bajo este método muy simple podremos incorporar un paso Biónico dentro la metodología de proyecto que utilicemos, independiente de la que sea. Dirigiéndonos a la naturaleza con un interés de enriquecernos de ella, y observando las soluciones que los diseñadores biológicos han dado, para llevarla por medio de analogías al desarrollo de nuestros proyectos, no copiándola sino tomándola como referente de creación que incorpora a la biónica en la metodología de proyecto.
1.10 Biomimética El campo de la biomimética, que es la aplicación de los métodos y sistemas naturales a la ingeniería y la tecnología, ha desarrollado un número de innovaciones muy superior al que la mente humana habría concebido por sí sola. Esto se debe a que durante millones de años de ensayo y error, la naturaleza ha producido soluciones efectivas a los problemas del mundo real. Casi todos los organismos están perfectamente adaptados al ambiente en el que viven, algunos lo hacen tan bien que incluso los científicos los estudian con la intención de duplicar sus diseños naturales en productos y tecnologías para humanos, estos
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mecanismos tan perfeccionados han servido de inspiración al ser humano para el diseño de sus máquinas: autómatas mecánicos, los primeros intentos de artefactos voladores, sistemas de navegación o los más modernos métodos de visión artificial. Este proceso conocido como Biomimética, biomimetismo o biónica es el punto donde la naturaleza y la ingeniería convergen. En general existen tres áreas en la biología, a partir de las cuales se pueden modelar soluciones tecnológicas: Replicación de métodos naturales de manufactura, como en la producción de compuestos químicos por plantas y animales. Imitación de los mecanismos encontrados en la naturaleza, como el velcro y la cinta gecko. Imitación de los principios de organización social de organismos como hormigas, abejas y microorganismos. El Dr. Julian Vincent, director del Centro de Biomimética y Tecnología Natural de la Universidad de Bath en Inglaterra, y colaboradores desarrollaron una base de datos de "patentes biológicas", en donde es posible buscar una amplia gama de mecanismos biológicos y propiedades para solucionar problemas tecnológicos. Un ingeniero podría buscar en la base de datos con una palabra como "propulsión" para obtener una gama de mecanismos de propulsión utilizados por peces, ranas y crustáceos. También existe otra manera de utilizar la base de datos, que consiste en describir algún problema de ingeniería y hacer una lista de las características deseables y no deseables para su posible solución. Actualmente el sistema cuenta con alrededor de 2,500 "patentes", aunque el Dr. Vincent pretende expandir significativamente la colección para ayudar a los ingenieros a identificar sistemas naturales y comportamientos que podrían serles de utilidad.
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Se espera que la biomimética ayude a la humanidad a desarrollar tecnología para reducir el impacto sobre el medio ambiente y a mejorar nuestra calidad de vida. El velcro es tal vez el mejor ejemplo de la biomimética. En 1984 el científico suizo, George de Mestral, removió una semilla espinosa del pelo de su perro y la estudió bajo el microscopio. Impresionado por la adhesión de los ganchos de las semillas espinosas, copió el diseñó e ingenió un cierre de dos piezas. Una de las piezas tiene unas púas rígidas semejantes a las de la cubierta seminal espinosa, mientras que la otra pieza tiene suaves anillos que permiten que las púas se adhieran. De Mestral nombró a su invento Velcro: una combinación de las palabras “velour” y “crochet”.Otro s ejemplos de productos que se obtuvieron o podrían obtenerse a partir de la biomimética son la siguiente generación de vehículos y robots autónomos, los hallazgos aerodinámicos para diseños futuros de aeroplanos y automóviles, la cubierta estriada de las alas que utiliza la fuerza aérea, la fibra óptica, la mejora en los lentes, cómo re encender una turbina de gas en medio del vuelo, y vehículos de alta eficiencia que consumirán 20 por ciento menos combustible y producirán hasta 80 por ciento menos emisiones de óxido de nitrógeno; el desarrollo actual de la cinta gecko, obtenida de la habilidad inigualable del gecko logrando una adhesión firme y manejable. El secreto está en la estructura sofisticada de dedos, micro fibras, nanofibras y almohadillas adhesivas que permiten que este animal se aferre y suelte de superficies con poco esfuerzo. La cinta lograda por los científicos reproduce estas características a través de millones de fibras plásticas duras que establecen el agarre. A diferencia de las cintas adhesivas comunes, la Gecko-cinta se adhiere al deslizarse sobre una superficie, sin necesidad de hacer presión. Su secreto es que cuanto más se usa, más fuerte se vuelve, pues cuanto más se desliza, más se aferra. Las pruebas de
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laboratorio demostraron que esta cinta es capaz de soportar hasta 400 gramos de peso, y se piensa que puede usarse tanto para escaladores como para usos médicos. Algunas áreas potenciales para la exploración son la resistencia de las telarañas, la transformación de silicón a vidrio hecha por las diatomeas, la resistencia de la concha del abulón, la transformación de la luz, el agua y el aire en celulosa, y un sinnúmero de plantas que generan compuestos que combaten a los hongos, insectos y otras pestes. En el futuro cercano, los consumidores observarán un aumento en el uso de la biomimética para mejorar la eficacia de los productos y sistemas diseñados por el hombre a través de la aplicación de soluciones naturales desarrolladas por la evolución.
GRAFICO # 5 FUENTE: http://es.mongabay.com/news/2008/0216-050711rhett_butler.html ELABORACIÓN: mongabay.com
1.11 Desarrollo y Alcance de la Biónica La Biónica ha tenido un gran desarrollo en países como Alemania que cuenta con cursos titulados de ese mismo modo en distintas escuelas, Japón que tiene un gran desarrollo en Biorobots y Estados Unidos e Inglaterra.
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En Latinoamérica y España se cuenta también con desarrollos de este tipo. En México se fundó la carrera de Ingeniería Biónica en la UPIITA (Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Tecnologías Avanzadas) del IPN (Instituto Politécnico Nacional) en 1996 la cual ha rendido frutos en la creación de artefactos Biónicos. Posteriormente, dado el éxito obtenido en el IPN, la UPAEP (Universidad Autónoma del Estado de Puebla) también implantó esta licenciatura unos años después. Se han realizado avances de sustitución de órganos en donde lo que se está buscando es la conexión del sistema nervioso central con el sistema músculo-esquelético, esto con el fin de optimizar esa comunicación entre un órgano del cuerpo humano con materiales que no son biológicos. Para este fin se están desarrollando sistemas expertos y redes neuronales. En Colombia hay universidades que están trabajando en la parte de biomecánica desarrollando prótesis pero la idea es que en un futuro se pueda conectar el cerebro directamente con traductores o biosensores a las terminaciones nerviosas de esos miembros que faltan para hacer el puente entre ese órgano viviente y la estructura artificial que se va a conectar. Estas instituciones educativas están desarrollando el tema de prótesis mioeléctricas (prótesis con electricidad), prótesis mecánicas de miembro inferior, optimización de las articulaciones de cadera y de rodilla mecánicamente, incluso se está pensando en una rodilla inteligente para poder compensar los mecanismos de una rodilla normal durante la marcha.
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Una mano artificial para un niño es la más reciente muestra del papel de la biónica para mejorar las posibilidades del cuerpo mediante aportes artificiales. Con su simulación, en una especie de guante relleno de silicona, el miembro artificial permite que los niños puedan realizar toda clase de actividades, desde montar en bicicleta hasta cortar papel con una tijera. En su interior, una serie de electrodos hacen posible la transmisión de movimientos hasta los minúsculos motores y sistemas de engranaje, que a su vez son responsables de la apertura y cierre de los dedos pulgar e índice. Otros centros, europeos y de Estados Unidos, cuentan con equipos de investigación dedicados a la creación de miembros que puedan reproducir fielmente los movimientos. El principal reto de estos artilugios no reside tanto en la fidelización de los movimientos, que se soluciona más o menos con ciertas dificultades con los mencionados sistemas de motorización, como en la reproducción de las señales que provienen de las terminales nerviosas de los pacientes y su correspondiente traducción a movimientos mecánicos. En el Centro de Tecnología de la Comunicación Neuronal de la Universidad de Michigan, en Estados Unidos, se acaba de descubrir un método destinado a realizar la conexión física entre una terminación nerviosa humana y unos electrodos. Son nervios Biónicos, que utilizan materiales como el oro o el iridio, compatibles con el tejido nervioso, junto a sustratos de silicona. La importancia de esta interacción se ha demostrado en el proyecto europeo Levántate y anda, que permitió, mediante la estimulación
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eléctrica de determinados miembros, la restauración de movimientos en un grupo de lesionados medulares. También con fondos de la Comisión Europea, diferentes grupos del Viejo Continente se afanan en la creación de biomateriales que puedan sustituir y reparar de manera efectiva huesos, piel e incluso tejidos dañados de órganos como el hígado o los riñones. Sentidos como el de la vista o el oído tampoco quedan ajenos a estas nuevas técnicas. Mientras en Italia durante este año se ha implantado un oído Biónico a un niño de cuatro años, en Estados Unidos varios centros de investigación han creado una retina artificial que permite trasladar a los nervios cerebrales del invidente, si no imágenes completas, sí el rastro de movimientos y formas. Pero la biónica tiene su principal reto en la implantación de chips en personas. Podemos precisar la diferencia que existe entre un cyborg y un individuo con implantes Biónicos, a saber, mientras que a un cyborg se le implantan dispositivos electrónicos para sustituir un órgano deteriorado, el ser con implantes Biónicos posee intactos sus órganos pero con dispositivos de control externos a dicho órgano.
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CAPITULO II IDENTIFICAR LOS CAMPOS EN LOS QUE PUEDE INCURSIONAR LA BIÓNICA, RESALTANDO LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS.
2.1 Medicina La medicina se beneficia de los descubrimientos las aplicaciones de la electrónica, se asiste sin embargo desde hace muchos años a un cambio inverso. Cuando dos disciplinas se fusionan, es muy raro que la colaboración se haga en sentido único; un día u otro hay un cambio mutuo. La aplicación de la biología a la electrónica, el estudio de los fenómenos fisiológicos que puedan inducir los dispositivos electrónicos, ha incitado a los electrónicos a examinar su propia disciplina bajo un ángulo nuevo: La biónica.
Los estudios de biología comparan, los hechos en el conjunto del mundo viviente, han maravillado siempre a los cibernéticos. La naturaleza es un inmenso laboratorio donde se realizan continuamente experiencias; lo más difícil es seguramente saber observarlas e interpretarlas.
Es probable que la biónica, antes de alcanzar la edad adulta, pasara por diferentes estados donde se imbricaran más o menos la biología y la electrónica. No nos sorprendería ver montajes que contuvieran órganos receptores provenientes del mundo animal, unidos entre sí mediante componentes electrónicos, viviendo los órganos bañados en una solución fisiológica. Así se realizan circuitos, entre diferentes
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módulos electrónicos y un determinado número de módulos biológicos.
En este sentido la biónica ha ayudado a muchas personas que desafortunadamente han perdido alguna parte de su cuerpo a recuperarlas de una manera artificial, pero funcional. La biónica proporciona implantes que intentan imitar la función original de aquella parte del cuerpo a la que sustituyen, llegando según algunas fuentes a mejorar la funcionalidad de la original. Haciendo referencia de nuevo a la definición de la RAE comentada en los primeros párrafos, aquí Y adquiere un sentido mucho más apropiado dado que es la electrónica la que tiene un papel fundamental en el desarrollo de dichos implantes y su funcionamiento. Lo que hace unas décadas podría parecer inalcanzable es hoy una realidad, podemos encontrar por ejemplo nervios Biónicos, narices, ojos, e incluso brazos.
GRAFICO # 6 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20medicina. pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo
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Este último es el caso de una mujer que en el año 2004 perdió su brazo izquierdo hasta la altura del hombro por culpa de un accidente de motocicleta y que en 2006 se sometió a una operación experimental que consistió en unir a su cuerpo un brazo robótico y controlarlo a través de una serie de nervios extraídos de su hombro y predispuestos debajo de su pecho. Ahora, solo basta con que la mujer piense en “mover su brazo” para que el miembro mecánico reaccione adecuadamente.
En los siguientes apartados se explicaran algunos de los aspectos más relevantes de algunas prótesis actuales como el ojo Biónico, oído, brazos y piernas. 2.1.1 El Ojo Biónico Antes de nada, a modo de resumen, explicaré de forma muy breve y concisa el funcionamiento del ojo: El ojo recoge los rayos de luz que emiten los objetos. Esos rayos de luz se refractan en la cornea, pasan por la pupila y nuevamente se refractan en el cristalino para enfocarse de forma adecuada sobre la retina. Una vez llegan la retina ésta genera unos impulsos eléctricos que envía por medio del nervio óptico al cerebro donde son reconocidos en forma de imagen. Hay tres métodos para conseguir una visión artificial.
Retina artificial Es efectivo en pacientes que han perdido la vista debido a una considerable degeneración de la retina, pero es necesario que mantengan el nervio óptico intacto. Es la única que no utiliza ninguna cámara, sino un pequeño chip que se coloca en la 42
retina del paciente. El microprocesador mide dos milímetros de diámetro y contiene unas cinco mil pequeñas células solares, cada una de las cuales está unida a un electrodo minúsculo. La idea es que la luz que llegue al chip (a través del ojo) active los electrodos y así estimule los nervios ópticos, que luego transportarán la señal al cerebro. Funcionamiento El implante consta de un microchip de aproximadamente 3 mm de diámetro y 50 μm de espesor en el que están dispuestos
alrededor de 1.500 campos de píxeles. A cada campo de píxeles se le han asignado fotocélulas, un circuito amplificador y un electrodo de simulación. Las fotocélulas registran la luz que ingresa en el ojo y la transforman en señales eléctricas. Estas señales controlan la energía suministrada desde afuera con la que se estimulan eléctricamente las células nerviosas intactas de la retina. Los impulsos nerviosos de estas células se transportan hasta el cerebro a través del nervio óptico y allí causan impresiones visuales. Éste es el motivo por el que para el correcto funcionamiento del implante, el nervio óptico debe estar sano y funcionar correctamente. Al principio, se suministraba la energía desde afuera a través de una pequeña caja de simulación que el paciente lleva en el bolsillo o enganchada en un cinturón. Sin embargo, para las posteriores generaciones de implantes está previsto un suministro de energía que se implantará bajo de la piel del paciente. El chip se implanta en la retina a través de una operación que se realiza con anestesia general y dura varias horas. Este chip podrá sustituir a las células fotorreceptoras. Debido a sus características técnicas, el chip puede producir dentro de un campo visual de 12 grados un grado de visión que posibilita nuevamente una movilidad autónoma y el reconocimiento de 43
objetos y personas. A continuación se muestra, a modo de ejemplo, una representación de esta tecnología:
GRAFICO # 7 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20me dicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo
Implante en la retina En este caso también se coloca un chip en la retina, pero la información visual le llega a partir de una pequeña cámara que el ciego lleva en sus anteojos. El Argus II, también conocido como el ojo artificial Argus, es un chip que se implanta quirúrgicamente en el fondo de la retina, que mediante la utilización de una video cámara para captar imágenes y mediante el implante de unos electrodos colocados en la parte detrás de la retina envía la información por el nervio óptico al cerebro mediante impulsos nerviosos. La forma que se estimula el nervio óptico es similar a como lo harían las células fotosensibles dañadas. El cerebro recompone la imagen como una matriz de puntos.
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El Argus II permite a los pacientes ver con una resolución de 16 píxeles, por lo que les permite diferenciar y reconocer objetos sin problemas, aunque la resolución no sea tan nítida. El inconveniente es que solamente pueden utilizar este dispositivo los que padecen retinitis pigmentosa y degeneración muscular asociada a la edad. Este dispositivo trabaja de forma muy similar a los otros que mencionamos anteriormente, consiste en una minúscula cámara de vídeo acoplada a las gafas que descompone las imágenes en una rejilla de 16 (4×4) píxeles, como si sólo tuviera esa resolución. La razón es que, por el momento, la técnica sólo permite implantar ese número de electrodos en las terminaciones nerviosas de la retina. Estos electrodos reciben las señales de la cámara de modo inalámbrico, y las transmiten directamente al nervio óptico. Desde allí llegan al córtex visual primario, situado junto a la nuca. Argus II, por lo tanto, no sirve para las cegueras causadas por daños en el nervio óptico o en el córtex cerebral. La idea es aumentar la cantidad de electrodos, de 16 a 60, para generar en el córtex visual una imagen de 60 píxeles. Para restaurar una vista aceptable a un ciego, harían falta cerca de 1.000 píxeles. Esto supone el monumental problema técnico de implantar 1.000 electrodos en la retina del paciente. A continuación mostramos un ejemplo de cómo podrían verse los objetos en función del número de electrodos y, por tanto, de la resolución.
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GRAFICO # 8 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20me dicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo Este dispositivo consiste en:
Una cámara y un microprocesador minúsculos montados en unas gafas Un receptor que se implanta detrás de la oreja Una rejilla con microelectrodos de platino (entre 250 y 500 micrómetros) que se implanta en la retina. Una batería sin cables, en un cinturón, que proporciona la energía para que funcione el dispositivo.
Funcionamiento 1. La cámara captura una imagen y envía la información al microprocesador. 2. El microprocesador convierte la información recibida en una señal eléctrica y la transmite al receptor. 3. El receptor envía señales sin cables a la rejilla de microelectrodos.
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4. La rejilla de microelectrodos se estimula al recibir la señal del receptor y emite pulsos eléctricos. 5. Estos pulsos van del nervio óptico al cerebro, que percibe patrones de puntos de luz y puntos negros correspondientes a los electrodos estimulados. 6. Los pacientes aprenden a interpretar los patrones visuales producidos. Puesto que los electrodos reciben las señales de la cámara y las transmiten directamente al nervio óptico. Puesto que los electrodos reciben las señales de la cámara y las transmiten directamente al nervio óptico, este dispositivo no sirve para cegueras causadas por daños en el nervio óptico. A continuación se muestra como sería este dispositivo:
GRAFICO # 9 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20me dicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo Implante craneal de retina Este dispositivo es conocido como el Ojo de Dobelle. El dispositivo, en este caso, se implanta en el interior del cráneo, sobre la superficie del lóbulo occipital del cerebro. La diferencia con los otros dos es que aquí los electrodos estimulan la corteza visual de forma directa. Como el anterior, el ciego 47
deberá portar unos anteojos provistos de una cámara. Con este sistema el paciente puede distinguir los contornos de los objetos, así como los de letras y números de gran tamaño situados sobre un fondo que contraste, y manejar un ordenador.
GRAFICO # 10 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20me dicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo El Ojo de Dobelle consiste en una pequeña cámara de televisión y un sensor ultrasónico montados en un par de gafas. Un cable une estos aparatos con un ordenador pequeño que puede llevarse enganchado en el cinturón. Una vez que procesa la información de la cámara, el ordenador envía una señal al cerebro del usuario a través de 68 electrodos de platino. Cuando es estimulado, cada electrodo, situado sobre la superficie del cerebro, produce puntos de luz denominados fosfenos. 2.1.2. El Oído Biónico El oído humano es un sistema de órganos que, en su conjunto, tiene la misión captar y transferir al cerebro la 48
información sonora que emita la naturaleza. El sistema auditivo está constituido mediante la unión de tres partes diferentes especializados: el oído externo, el oído medio y el oído interno. En este último es dónde se coloca el implante coclear. La disfunción auditiva origina diferentes escalas de hipoacusias, desde la sordera leve a total (Cofosis). Cada uno de los tres elementos que integra el sistema auditivo realiza una función especializada; si una de las tres partes falla, las demás partes sanas dejarían de funcionar. El objetivo del implante coclear es reemplazar la función de la cóclea dañada, situada en el oído interno, estimulando mediante señales eléctricas directamente al nervio auditivo. El primer implante monocanal fue realizado en 1957 por Djurno y Eyries en Francia. Insertaron un único hilo de cobre en el interior de la cóclea de un paciente totalmente sordo, logrando éste percibir la información sonora, aunque de escasa calidad, podía seguir el ritmo del lenguaje. En 1961 W. House probó colocando un electrodo de oro en la rampa timpánica, con resultados análogos al experimento de Djurno y Eyries. Posteriormente, en 1978, el profesor Graeme Clark, convencido de la teoría tonotópica de la cóclea, desarrolló en colaboración con la firma australiana Nucleus los primeros implantes cocleares multicanales (de 22 electrodos), precursora de los actuales, permitiendo a los pacientes sordos captar la información sonora de calidad aceptable sin necesidad de la lectura labial. A Graeme Clark es considerado como el padre de los implantes cocleares multicanales.
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Composición Parte interna Es la parte que requiere cirugía con Anestesia General o, en casos excepcionales, anestesia local potente. Colocarán el dispositivo transductor con un imán posicionador, haciendo previamente un hueco en el hueso temporal mediante el fresado. Del transductor sale dos hilos: el hilo de masa, alojado en interior del músculo temporal y el otro hilo con un juego de electrodos más uno o dos electrodos de referencia según el modelo, que será introducido en la rampa timpánica de la cóclea, previa apertura de la ventana oval. Parte externa Es la parte donde se procesa el sonido y transmite a la interna información codificada del sonido ambiental recogido. En la parte externa se coloca un mes después de la cirugía y constan de dos partes claramente diferenciadas: Procesador de sonidos Captan la información sonora del ambiente a través del micrófono y lo envía al microprocesador, que es la encargada de seleccionar los sonidos útiles, codificando la información sonora y posteriormente se lo envía a la bobina. Hoy en día se usa más los procesadores en diseño retroauricular, más llevadero para las personas implantadas que el procesador en forma de petaca. Bobina La bobina contiene un imán que, por efecto del campo magnético, tiene la función de mantener unida y sujeta la bobina con la parte interna. La bobina colabora recogiendo la información codificada del microprocesador y lo 50
trasladaría al transductor mediante la radiofrecuencia que, a su vez, estimulará al nervio auditivo. Riesgos y desventajas La operación tarda generalmente de 1 ½ a 5 horas. En primer lugar una pequeña área del cuero cabelludo directamente detrás de la oreja se afeita y se limpia. Luego de una pequeña incisión se hace en la piel justo detrás de la oreja, y el cirujano taladra el cráneo y el oído interno donde el conjunto de electrodos se inserta en la cóclea. Normalmente el paciente va a su casa el mismo día de la cirugía, aunque algunos beneficiarios de implante coclear quedan en el hospital durante 1 ó 2 días. Algunos efectos de la implantación son irreversibles. Mientras que el dispositivo da una nueva información de sonido a un receptor, el proceso de implantación inevitablemente resulta en daños a las células nerviosas en la cóclea, que a menudo resulta en una pérdida permanente de la mayoría de los residuos naturales audiencia. A pesar de las recientes mejoras en la tecnología de implantes y las técnicas de implantación, la promesa de reducir al mínimo los daños, el riesgo y la magnitud de los daños todavía varía. Además, mientras que el dispositivo puede ayudar a los beneficiarios a conocer y comprender mejor los sonidos de su entorno, es simplemente incapaz de reproducir la calidad de sonido procesado por una cóclea natural. Como resultado, algunos beneficiarios sólo pueden distinguir la diferencia entre los sonidos simples, como una señal de teléfono frente a una timbre de puerta, otros pueden entender claramente palabras en ambientes tranquilos. El resuelto depende de una variedad de factores, incluida la 51
tecnología utilizada y el estado de los receptores de la cóclea.
GRAFICO # 11 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20 medicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo
2.1.3 Extremidades biónicas. Entre los implantes biónicos más conocidos, se encuentran las extremidades biónicas. Estos implantes intentan suplir la ausencia de una extremidad y, a diferencia de las simples prótesis, pretenden ofrecer la misma funcionalidad e incluso mejorarla. Para ello se hace necesario que se activen mediante señales biológicas; en este caso, las señales de los nervios motores. Sin embargo, como el resto de la biónica, es un campo que todavía se encuentra en una etapa temprana de desarrollo. Evolución Las articulaciones biónicas propiamente dichas surgen como evolución natural de las prótesis ortopédicas, que vienen existiendo desde hace cientos de años. De hecho, la primera prótesis hallada data de la época de los egipcios, hace
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varios miles de años, para sustituir un dedo gordo del pie, permitiendo a su portador caminar más cómodamente.
GRAFICO # 12 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20 medicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo A lo largo de los años, la mejora de las prótesis ha sido sustancial, habiéndose desarrollado prótesis capaces de adaptarse al movimiento del cuerpo y darle continuidad. Uno de los primeros diseños de este tipo de prótesis mecánicas podemos encontrarlo en 1540, en la “mainartificielle”
diseñada por el médico Ambroise Paré.
GRAFICO # 13 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20 medicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo 53
Por supuesto, estos ejemplos no dejan de ser anecdóticos, ya que no es hasta el siglo XX que se produce el verdadero desarrollo, llegando a tener un uso relativamente extendido. Como ejemplo del reciente éxito de estas prótesis, no deja de ser curioso el caso de Oscar Pistorius. Este sudafricano sufrió a la edad de 11 años la amputación de sus dos piernas de rodilla para abajo, consecuencia de una malformación fetal. Gracias a su pronta acomodación al uso de prótesis, pudo llegar a competir en atletismo, obteniendo uno de los mejores registros en su país. El año pasado, la Asociación Internacional de Federaciones de Atletismo prohibió su participación en la modalidad no paralímpica, al considerar que, gracias a sus prótesis, contaba con ventaja sobre el resto de competidores. Hoy corre más rápido que sus competidores, mientras que hace 200 años habría sido impensable que pudiera andar.
GRAFICO # 14 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20 medicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo
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En los últimos 10 años, como veremos, se han conseguido resultados muy prometedores en el campo de las extremidades biónicas, llegando a construir articulaciones no sólo capaces de moverse a voluntad del portador, sino también de hacerle sentir frío, calor, presión, y otros.
2.1.4 Brazos biónicos. En la primera imagen se ve un brazo biónico de una única movilidad alimentado por pilas. Es un diseño simple, y no permite más que ser utilizada como pinza. En su día supuso un gran avance, y su utilización es más extensa que en otros casos más sofisticados, ya que no resulta tan cara.
GRAFICO # 15 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20 medicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo Uno de las mayores inversiones en brazos biónicos se ha realizado en el Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), entidad dependiente del Departamento de 55
Defensa de EEUU. Entre los prototipos de DARPA, encontramos una primera versión de brazo biónico de 2007.
GRAFICO # 16 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20 medicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo Sin embargo, en las figuras de abajo se pueden observar prototipos aún más avanzados, y que suponen a día de hoy el desarrollo puntero en manos y brazos biónicos. En primer lugar, la mano Dextra, desarrollada en Chicago, capaz de reproducir la práctica totalidad de los movimientos de los dedos de la mano.
GRAFICO # 17 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20 medicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo
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Prototipo de brazo DARPA
GRAFICO # 18 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20 medicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo Sin embargo, el prototipo más prometedor es seguramente el segundo prototipo DARPA, que se prevé vea la luz en 2009. Este prototipo, que ya es capaz de repetir prácticamente la totalidad de los movimientos de brazo y mano, incorporará, según sus desarrolladores, sensores capaces de indicar al paciente la presión ejercida, e incluso sensaciones como frío y calor.
En España también se están haciendo importantes avances en este campo. El ejemplo más representativo es seguramente el implante de brazo biónico a una niña de 12 años en el hospital Sant Joan de Déu de Barcelona (imagen de la derecha), en 2008.
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GRAFICO # 19 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20 medicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo
2.2 Audiovisual Gracias a la biónica, se ha podido llevar a cabo sistemas de adquisición, reproducción y compresión dentro del campo audiovisual, teniendo en cuenta las limitaciones de los sistemas auditivo y visual humanos. Un claro ejemplo dentro del mundo de la adquisición son los micrófonos, los amplificadores, los altavoces que han sido diseñados de acuerdo con los rangos audibles por los humanos, es decir, de 20 Hz en 20KHz. Como sistema de compresión de audio encontramos el MP3, que permite almacenar sonido a una calidad similar a la de un CD y con un índice de compresión muy elevado, del orden de 1:11. El sistema de codificación que utiliza el MP3 es un algoritmo de compresión con pérdida, es decir, el sonido original y lo que obtenemos no son idénticos. Eso se debe a que el MP3 aprovecha las deficiencias del
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oído humano y elimina toda aquella información que no es capaz de percibir. Otro sistema de compresión, en este caso de imagen, es el JPEG en lo que la compresión se lleva a cabo, en gran parte, en el cromatismoya que el sistema visual humano es mucho más sensible a la luminosidad que a los colores. En el caso de los elementos de reproducción podemos mencionar el caso de las pantallas planas que se producen actualmente. Casi como todas las televisiones de tubo de color del pasado, poseen una proporción 1:1:1 de los tres elementos de color de rojo, verde y azul. Sin embargo, como los subpíxeles azules no ayudan casi nada en el ojo a la hora de resolver imágenes, la mayoría de estos píxeles se desprecian. Hay que decir que este sistema ha sido mejorado con los años haciendo las pantallas más eficientes.
2.3 Diseño de productos Durante el último decenio, el oficio de diseñador ha aumentado considerablemente. Si nos fijamos en el caso de Leonardo Da Vinci, parece evidente que la biónica tendría que aportar al diseñador de hoy día este método de creatividad, de verificación de la validez de nuevas construcciones, una diversificación de las formas destinadas a unas funciones precisas. La relación forma-función es, sin lugar a dudas, el aspecto de la biónica que toca más particularmente el diseñador; y nos queremos referir al hecho que otros aspectos como los principios psicoquímicos del funcionamiento de algunos órganos sensoriales no los toca tan de cerca. Al contrario, una multitud de trabajos de biología tratan del doble aspecto de la relación formafunción: es el dominio de la morfología funcional. A causa de sus soluciones, a menudo inesperadas, la naturaleza esconde riquezas que los diseñadores estarían bien tentados de asimilar a sus diseños. 59
GRAFICO # 20 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20 medicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo
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GRAFICO # 21 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20 medicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo
2.4 Diseño La Biónica como metodología de diseño es lo que podría llamarse una verdadera metodología interdisciplinaria: es necesario generar relaciones de colaboración con otras disciplinas como la biología, la física, las matemáticas y la química, entre otras si se quiere lograr articular un proyecto de Biónica y obtener buenos resultados. El proceso pretende unir de manera lógica y complementaria, todas estas visiones, apreciaciones y perspectivas para nutrir una propuesta de diseño que desde su base es innovadora, ya que el objetivo final de este proceso es transferir todo aquello que se puede estudiar en 61
un sujeto biológico, aquello que solamente existe en la naturaleza, a una aplicación de diseño en el mundo artificial. Los descubrimientos que pueden lograrse en este proceso son deslumbrantes, porque a la vez que se descubren los misterios y los por qué de la naturaleza, se llega a asociaciones de aplicación en producto no imaginables anteriormente, se llega a una verdadera innovación si así quisiéramos llamarlo.
GRAFICO # 22 FUENTE:www.ate.uniovi.es/14005/...9/.../Biónica%20en%20 medicina.pdf ELABORACIÓN: Universidad de Oviedo
2.4.1
Aplicación de la biónica al diseño La biónica, entendida como el conjunto de herramientas que sirven para aplicar al mundo tecnológico el conocimiento adquirido por los seres vivos a lo largo de 4.000 millones de
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años de evolución, y la percepción general del entorno que nos rodea son fundamentales en la proyectación. De hecho, como menciona Carmelo di Bartolo, “la observación, el estudio de la naturaleza en sus formas y estructuras de sus componentes, con el fin de sacar más informaciones utilizables por el hombre en la construcción de su medio ambiente es una actividad tan antigua como el hombre” .
La rehabituación por parte de los futuros diseñadores de proyectar en, para y con el entorno, así como la capacidad de analizar y sintetizar el mundo natural para el conocimiento y aprovechamiento de estrategias, materiales o estructuras naturales en el diseño es clave para la innovación y la sostenibilidad.
Con este nuevo proyecto lo que se pretende es profundizar en las relaciones de la biología con el diseño, con el objetivo de estimular y desarrollar la creatividad del futuro diseñador, fomentar el proceso investigativo y la mejora e innovación de la técnica de diseño, consiguiendo una visión global del proyecto, así como de herramientas y metodologías útiles para su uso durante la proyectación.
Hay que reflexionar y analizar conceptos tales como evolución, experimentación con el entorno, biomorfología y su relación con la funcionalidad o niveles de analogía entre naturaleza y tecnología.
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Para aplicar la biónica en el diseño hay diversos métodos de proyectación; concretamente, uno es el método bottom-up, que contempla las siguientes fases:
En un primer nivel, se realiza un análisis específico de un elemento natural hasta la comprensión de todos sus mecanismos, estructuras o funciones. A continuación, se abstraen los principios biológicos del modelo natural a través de la síntesis de la información obtenida. Después, se evalúan las ideas que las estructuras estudiadas nos sugieren para, posteriormente, aplicar aquella o aquellas seleccionadas que permitan hacer frente a un problema proyectual definido y/o al desarrollo de un proyecto concreto. Otro método que también se utiliza es el denominado enfoque top-down porque el proceso comienza cuando surge la necesidad de una mejora en un producto que o bien se encuentra en un estado final de su desarrollo industrial o bien ya está en el mercado.
El primer paso del proceso es definir de manera precisa los límites y condicionantes de las necesidades planteadas. El siguiente paso es la búsqueda de posibles soluciones manifestadas en la naturaleza, analizando de manera más específica aquellas que mejor resuelvan las necesidades planteadas. Después, se realizará la transferencia de este conocimiento en propuestas de diseño que puedan ser implementadas y que, finalmente, deberán ser
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evaluadas tanto técnica como económicamente para su salida al mercado.
GRAFICO # 23 FUENTE: http://proyectoergo.over-blog.es/article-aplicacionde-la-bionica-al-diseno-60642404.html ELABORACIÓN: Proyecto ergo Como ejemplo perfecto de la aplicación de un diseño natural al diseño de mobiliario tenemos la serie de lámparas PH del danés Poul Henningsen(1894-1967), basadas en la forma de una alcachofa. Hay pocas lámparas con un diseño tan magistral, atemporal y contundente como ésta, que diseñó para la casa Louis PoulsenCo, de Copenhague. Esta pieza formaba parte de la famosísima serie de lámparas PH, que empezó a diseñar en exclusiva a partir de 1924 y que, aún hoy día, casi un siglo después, siguen comercializándose por todo el mundo. Según el libro "Diseño Escandinavo" deCharlotte y Peter Fiell" A partir de 1924, Henningsen creó diseños de lámparas para la empresa (Louis Poulsen) con la intención de atenuar el efecto deslumbrante de las lámparas de arco eléctrico de carbón mediante montajes con varias pantallas. Para resolver los problemas inherentes asociados a la luz eléctrica, los revolucionarios accesorios de Henningsen reflejaban la luz de tal manera que su brillo se 65
difuminaba eficazmente. A partir de 1926 Henningsen diseñó la famosa serie PHasombrosamente modernas para su tiempo y muy atractivas para arquitectos y diseñadores de interior. Estas "lámparas sin sombra" se usaron también en grandes edificios públicos. En 1931 se habían vendido ya 30000 lámparas PH en todo el mundo". Aunque también existen más ejemplos de formas adaptadas directamente de la naturaleza. A veces el diseño más sencillo es el más difícil de lograr por el grado de depuración que conlleva.
GRAFICO # 24 FUENTE: http://proyectoergo.over-blog.es/article-aplicacionde-la-bionica-al-diseno-60642404.html ELABORACIÓN: Proyecto ergo 2.5 Arquitectura biónica La arquitectura biónica es un movimiento para el diseño y construcción de edificios que expresaran trazados y líneas tomadas desde las formas naturales (como las biológicas). El movimiento comenzó a madurar a principios del siglo XXI, y desde las primeras investigaciones de diseños se hizo hincapié en la practicabilidad. La arquitectura biónica se considera a sí misma en oposición de los 66
tradicionales trazados rectangulares, diseñando esquemas que usen formas curvas así como superficies reminiscentes de estructuras en biología y matemáticas fractales. Una de las tareas que abordaron por sí mismos los primeros pioneros del movimiento fue el desarrollo de justificaciones estéticas y económicas para su aproximación a la arquitectura. Torre Biónica en Shangai
GRAFICO # 25 FUENTE: http://proyectoergo.over-blog.es/article-aplicacion-dela-bionica-al-diseno-60642404.html ELABORACIÓN: Proyecto ergo
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2.6 Desventajas de la Biónica No hay máquina más perfecta que el cuerpo humano (obviemos que quién dice esto es una médico). Simular y aproximarse lo máximo posible a las funciones biológicas mediante sistemas mecánicos/electrónicos es una ardua tarea. Llegar a ser capaz de conseguir los movimientos exactos naturales de una mano, la visión perfecta de un ojo biológico o permitir sentir sensaciones naturales a partir de una extremidad biónica en lugar de ser algo "extraño" son ejemplos de objetivos que aún distan mucho de ser alcanzados correctamente. Lo que tenemos en la actualidad serían versiones "primitivas" y "simplificadas" de órganos y extremidades biológicas. Pero a pesar de este pequeño gran inconveniente, el campo de la biónica progresa y se perfecciona mostrándonos lo que es capaz de conseguir. Dificultades Entre las principales dificultades a la que se han de enfrentar los investigadores a la hora de construir extremidades biónicas, podemos destacar las siguientes: Comunicación hombre-máquina Es habitualmente la parte más problemática del desarrollo. Estas dificultades son debidas a:
Tamaño y cantidad de terminaciones nerviosas: hay que intentar conectar individualmente cuantas más terminaciones nerviosas sea posible, lo que requiere tecnología de mucha precisión. Rehabilitación: las amputaciones suelen dañar las terminaciones nerviosas y, en ocasiones, al propio cerebro, lo que suele requerir mucha rehabilitación.
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Neutralizar respuesta cicatrizante en las conexiones: Cuando las conexiones electrodo-nervio están ya hechas, se puede formar tejido cicatrizante alrededor de las incisiones, que impide que los nervios se conecten con los electrodos. Entrenamiento: El paciente deberá entrenarse, es decir, aprender a usar su nueva extremidad.
Articulaciones mecánicas: las extremidades deben reproducir el máximo número de movimientos posibles en una extremidad normal, con agilidad y, a ser posible, con fuerza variable. Lo cual conlleva mucha mecánica y el consiguiente uso de materiales especiales, para obtener resistencia y poco peso. Este problema se acusa más en los brazos que en las piernas biónicas (ver homúnculo sensorial y motor). Energía: el movimiento realizado por la prótesis biónica deberá estar convenientemente alimentada eléctricamente. Aunque se intenta utilizar el propio movimiento del cuerpo para alimentar el sistema, el almacenamiento de energía de manera eficiente sigue siendo un problema. Coste: consecuencia de todo lo anterior es que los presupuestos requeridos para estos proyectos sean del orden de millones de euros.Todo ello hace que el desarrollo de las extremidades biónicas vaya muy ligado a desarrollos de punta en los campos de la medicina, materiales y, muy especialmente, nanotecnología (ciencia todavía muy joven).
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CAPITULO III DESCRIBIR EN FORMA DETALLADA LOS APORTES MÁS IMPORTANTES DE LA BIÓNICA EN BENEFICIO DE LA HUMANIDAD, IDENTIFICANDO EL ASPECTO INFORMÁTICO. Existen en la actualidad cientos de aportes de la Biónica a la humanidad por no decir miles, a continuación les daré a conocer los más importantes y más ampliamente reconocidos. Los de mayor interés y más desarrollados actualmente son los implantes Biónicos, que están ayudando a un sin número de personas en todo el mundo, ya que son innumerables los accidentes, enfermedades y otros aspectos que hacen las personas pierdan extremidades, órganos y funciones vitales de los individuos. Y es ahí en la aplicación de la biónica en la medicina donde podemos encontrar los mayores aportes de la informática a esta ciencia. 3.1 Aplicaciones de la biónica en el cuerpo humano Actualmente los cirujanos están a punto de ser capaces de trasplantar casi cualquier parte del cuerpo que se pueda imaginar, como brazos, piernas, rodillas, caderas, músculos, orejas, gargantas, lenguas e incluso rostros. Ello es de especial valor para las víctimas de accidentes o enfermedades desfigurantes, como la siguiente fase en el campo de la cirugía reconstructiva, pasando de la creación de copias pobres o partes artificiales a su reemplazo con partes de verdad, aunque procedentes del cuerpo de otra persona.
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Tales avances, sin embargo, no dejan de tener un precio, tanto médico como financiero. ¿Cuánto riesgo deben de pasar los pacientes a cambio de un trasplante que puede extender su vida, pero necesariamente representar una cuestión de vida o muerte? El principal obstáculo al trasplantar cualquier tipo de tejido de una persona a otra es la respuesta natural de rechazo del organismo. Nuestros sistemas inmunológicos, que protegen a nuestros cuerpos de invasores como las bacterias, los virus y otros agentes infecciosos, tratan a los órganos de otra persona de la misma forma, como intrusos en nuestro cuerpo que deben de ser destruidos. Para combatir las defensas naturales se utiliza poderosos medicamentos que suprimen el sistema inmune, los cuales deben de ser consumidos durante el resto de la vida del receptor de un trasplante. El hacerlo significa reducir las defensas del organismo que controlan las enfermedades y las infecciones. El restaurar funciones básicas podría ofrecer un beneficio suficiente, digamos en el caso de trasplantarle una mano a un doble amputado o unas cuerdas vocales a un paciente de cáncer en la garganta, para correr el riesgo. Pero en otros casos, como restaurar una nariz dañada en un accidente, corre a cargo del paciente evaluar los riesgos a los que se somete. La clave de la protésica del futuro radica en el perfeccionamiento de la inteligencia artificial. La integración de la tecnología informática en los diseños de prótesis no es un concepto nuevo. La inteligencia artificial ya se utiliza en rodillas de fácil ajuste; fabricantes como Otto Bock, Seattle Systems y Endolite han realizado progresos en esta área. Las manos artificiales se fabrican ahora con sensores en las yemas de los dedos para controlar la fuerza de agarre.
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Existen otras muchas posibles aplicaciones. Por ejemplo, se está realizando una investigación sobre sensores insertados en los forros para encajes, que unen la prótesis a la extremidad residual, que se adaptan automáticamente a la fluctuación del volumen corporal. Los encajes de fácil ajuste podrían hacer que la prótesis fuese más cómoda y prevenir llagas, cardenales y otras complicaciones. Una tecnología de sensores parecida a ésta también podría conseguir que los pies artificiales se tensaran y relajaran para adaptarse a la variación de la resistencia y la velocidad, y así hacer posible el uso de una misma prótesis para realizar varias actividades. El mayor obstáculo aún por superar es reproducir la complejidad de todos los movimientos de una extremidad con el uso de la tecnología actual. Aunque se ha progresado mucho, hay varios factores relacionados entre sí que todavía tienen que solucionarse, como la fuerza, la velocidad de reacción, la amplitud de movimiento, el peso y la durabilidad. El principal objetivo a la hora de resolver estos problemas es la integración total de mente, cuerpo y máquina. 3.2 Implantes Biónicos Oculares 3.2.1 Retinal Implant AG Un implante ocular desarrollado por investigadores de la firma Retinal Implant AG y el Instituto de Investigación Oftalmológica de la Universidad de Tübingen (Alemania) ha devuelto la vista parcial a pacientes ciegos y podría ayudar a cambiar la vida de personas que sufren de distrofia retinal por una condición hereditaria o por la edad. Esta enfermdad causa la degeneración de los fotorreceptores y lleva a la ceguera, actualmente afecta a cerca de 15 millones de personas en todo el mundo.
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GRAFICO # 26 FUENTE: http://www.fayerwayer.com/2010/11/implantebionico-pronto- devolvera-la-vista-a-ciegos/ ELABORACIÓN: Retinal Implant AG Eberthart Zrenner y sus colegas han desarrollado un dispositivo experimental que consiste en un microchip lleva 1.500 diodos o pixeles fotosensibles que se colocan en los fotorreceptores dañados del paciente. El microchip está diseñado para detectar la luz con la ayuda del funcionamiento natural de las neuronas en la retina y así transmitir señales al cerebro. Los diodos están conectados a una fuente de alimentación externa implantada bajo la piel detrás del oído. Los científicos colocaron el implante en 11 personas que sufren distrofia reticular. Algunos de ellos no experimentaron mejoras debido a que su condición había progresado demasiado, sin embargo tres fueron capaces de detectar objetos brillantes y formas, entre ellos Miikka. Miikka Tertho de Finlandia, heredó la enfermedad de la retinosis pigmentaria (una forma específica de la distrofia reticular). A los 24 años empezó a perder la vista y a los 46 años estaba completamente a ciegas. Sin embargo gracias a este implante, fue capaz de reconocer una variedad de 73
estímulos, incluyendo varios tonos de gris y objetos. Incluso fue capaz de leer y notar cuando su nombre había sido mal escrito. 3.2.2 Argus II El ojo Biónico fue desarrollado por la compañía estadounidense SecondSight y fue implantado por primera vez en México. Hasta ahora, 18 pacientes en todo el mundo, incluido los tres del Moorfields, han recibido el implante de retina artificial. Una de las tres personas en el Reino Unido que han recibido ojos Biónicos como parte del programa -un hombre que perdió la vista hace 30 años- afirma que ahora puede ver. El paciente de 73 años (Ron) fue sometido a la cirugía ocular hace siete meses en el Hospital de Ojos Moorfields, en Londres, y dice que ahora puede seguir líneas blancas en el camino e incluso elegir sus calcetines, gracias al ojo biónico llamado Argus II. El dispositivo fue diseñado para ayudar a personas como Ron, el paciente inglés, que han perdido la visión por retinitis pigmentosa, un grupo de trastornos oculares hereditarios que causan degeneración de la retina. La enfermedad, que afecta a una de cada 4.000 personas, progresa con los años pero por lo general es diagnosticada durante la infancia. Tal como señala el doctor Lyndon da Cruz, gracias a esta tecnología los pacientes han comenzado a obtener estímulos visuales con significado.
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Dr. Lyndon da Cruz (2009) "Estamos muy satisfechos con el progreso del programa hasta ahora", "Hemos visto el desarrollo y mejoramiento de la cámara, de un megapíxel a 10 megapíxeles. Pero creemos que el avance más importante ha sido la estabilidad del implante". "Porque uno de los mayores desafíos era cómo colocar un aparato en uno de las estructuras nerviosas más delicadas del cuerpo humano, sin dañar la estructura”.
GRAFICO # 27 FUENTE:http://news.bbc.co.uk/hi/spanish/science/newsid_792 3000/7923286.stm ELABORACIÓN:SecondSight "Y después de nueve meses del programa podemos comprobar que los implantes han sido estables y funcionales y el aparato ha generado percepciones visuales consistentes". Pero el científico agrega que el proyecto está en sus etapas iníciales y todavía es necesario llevar a cabo más pruebas para determinar el éxito de la nueva tecnología.
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"Las pruebas hasta ahora han sido muy alentadoras porque han demostrado que el aparato es un avance real y tangible en el tratamiento de pacientes con pérdida total de visión".
Descripción de la tecnología del Argus II La retina artificial es una prótesis retinal epiretiniana que captura y digitaliza imágenes del mundo exterior. El dispositivo consiste en:
Una cámara (C) y un microprocesador (MP) minúsculos montados en unas gafas. Un receptor (R) que se implanta detrás de la oreja. Una rejilla con microelectrodos (RM) de platino (entre 250 y 500 micrómetros) que se implanta en la retina, y una batería sin cables, en un cinturón, que proporciona la energía para que funcione el dispositivo.
El funcionamiento es el siguiente: 1. C captura una imagen y envía la información al MP. 2. MP convierte la información recibida en una señal eléctrica y la transmite al R. 3. R envía señales sin cables a la RM. 4. RM se estimula al recibir la señal del R y emite pulsos eléctricos. 5. Estos pulsos van del nervio óptico al cerebro, que percibe patrones de puntos de luz y puntos negros correspondientes a los electrodos estimulados. 6. Los pacientes aprenden a interpretar los patrones visuales producidos.
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Puesto que los electrodos reciben las señales de la cámara y las transmiten directamente al nervio óptico, este dispositivo no sirve para cegueras causadas por daños en el nervio óptico.
GRAFICO # 28 FUENTE:http://news.bbc.co.uk/hi/spanish/science/newsid_792 3000/7923286.stm ELABORACIÓN: SecondSight
3.3 TRAJE BIÓNICO 3.3.1 HAL-5 Científicos japoneses han desarrollado un exoesqueleto capaz de interpretar las señales emitidas por el cerebro para realizar movimientos como caminar o mover los brazos. A primera vista parece una armadura o a un proyecto futurista aún sin desarrollar, sin embargo la realidad es otra; este mecanismo robótico desarrollado por la empresa japonesa Cyberdyne, este sistema de prótesis es capaz de interpretar las señales bioeléctricas emitidas por el cerebro hacia los músculos para hacerlos funcionar.
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GRAFICO # 29 FUENTE:http://tec.nologia.com/2009/07/09/cyberdyne-hal-5-elexoesqueleto-robotizado-ya-se-exporta-desde-japon/ ELABORACIÓN: Cyberdyne
Cuando el usuario se coloca el traje, ve aumentada su fuerza de manera considerable por lo que su creador, Yoshiyuki
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Sankai, cree que tendrá una aplicación comercial en los servicios a la tercera edad. El nombre de este gran invento es HAL-5 y podría darle una solución a varios problemas de discapacidad; varias personas podrían volver a caminar o tener movilidad en los brazos gracias al sistema incorporado en este traje, que entre otras cosas detecta movimientos de las extremidades y los reproduce a la perfección, además es capaz de duplicar la fuerza de quien porta este exoesqueleto.
GRAFICO # 30 FUENTE: http://de10.com.mx/wdetalle2690.html ELABORACIÓN: Cyberdyne
Hal también podrá ser usado en programas de rehabilitación para personas con discapacidad física, ya que no hace falta hacer mucha fuerza para moverlo. Hal está equipado de varios sensores que intuyen los movimientos del cuerpo, por lo que
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ayudaría a sus usuarios a ejecutar las acciones que no podrían llevar a cabo por sí solos.
3.3.2 REWALK ReWalk es un traje-esqueleto inventado por el ingeniero Amit Goffer, fundador de Argo Medical Technologies, una compañía de tecnología avanzada en Israel. Rewalk es un producto que actúa como exoesqueleto devolviendo movilidad a personas con movilidad reducida, o incluso a personas parapléjicas con la ayuda de muletas.
GRAFICO # 31 FUENTE: http://www.rewalk.es/ ELABORACIÓN: Argo Medical Technologies
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El aparato funciona gracias a un motor eléctrico con batería recargable que junto a una serie de sensores que mandan señales a un ordenador colocado en la mochila que es parte de la estructura, permite a las personas con este tipo de problemas físicos levantarse de la silla de ruedas y volver a hacer, lo que para ellos, es una vida de lo más normal.
GRAFICO # 32 FUENTE: http://www.rewalk.es/ ELABORACIÓN: Argo Medical Technologies
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El usuario elige el “que hacer” desde un control remoto en la
muñeca, tal como pararse, sentarse, caminar, bajar o subir escaleras, y el equipo hace el resto activando los sensores del cuerpo y poniendo en marcha las piernas robóticas. Con el ReWalk, podrán pasear, usarlo en el coche, subir, bajar escaleras y básicamente eliminar todas las barreras físicas que actualmente tienen que afrontar en su día a día este colectivo. Aparte, ayuda a eliminar muchas las dolencias asociadas a un uso prolongado de la silla de ruedas. 3.4 EXTREMIDADES BIÓNICAS 3.4.1 Brazo Biónico dirigido por impulsos cerebrales La tecnología puede ser el mejor aliado del hombre, como demostraron un grupo de científicos que presentaron el primer brazo Biónico que puede ser movido con impulsos cerebrales. El doctor Todd Kuiken, director del Centro de Medicina Biónica y del Departamento de Amputados del Instituto de Rehabilitación de Chicago, presentó el invento en la reunión anual de la Asociación Americana para el Avance de las Ciencias (AAAS), que este año se efectúa en W ashington. El procedimiento, denominado “reinervación muscular dirigida”
(TMR, siglas en inglés), consiste en redirigir mediante una cirugía las señales del cerebro a los nervios de los músculos que quedan sanos después de una amputación, permitiendo a los pacientes controlar sus prótesis con solo pensar en la acción que desean realizar. Hasta la fecha, esta cirugía y colocación de prótesis se ha realizado a 50 personas en todo el mundo, muchas de ellas militares heridos en combate. 82
Dr. Kuiken (2011) “De momento, solo se ha probado con
brazos, pero más adelante podrían hacerlo con otras extremidades como piernas”, explicó, que estuvo acompañado
de Lehman Glen, un sargento retirado que perdió un brazo en Iraq y se ha beneficiado con esta tecnología.
GRAFICO # 33 FUENTE: http://www.eltiempo.com.ec/noticias-cuenca/60719brazo-bia-nico-se-mueve-con-impulsos-cerebrales/ ELABORACIÓN: Centro de Medicina Biónica y del Departamento de Amputados del Instituto de Rehabilitación de Chicago La TMR transfiere los nervios del brazo y la mano al músculo del pecho, y, cuando los nervios crecen, los músculos del pecho actúan como si fueran los de la mano. Por eso, cuando el usuario de una prótesis piensa en contraer la mano, la orden es medida por señales mioeléctricas que permiten que la mano protésica responda.
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Kuiken y su equipo siguen desarrollando la cirugía TMR para mejorar la movilidad de los pacientes con una mejor descodificación de la señal bioeléctrica y mejoras en los sistemas de control de las prótesis. Además, han sido capaces de restablecer la sensibilidad de la piel del brazo, aunque no el tacto. 3.4.2 Michelangelo
GRAFICO # 34 FUENTE:http://www.soitu.es/soitu/2008/11/27/info/1227793668 _500615.html ELABORACIÓN: Otto Block
La empresa Otto Block ha presentado a nivel mundial la mano biónica Michelangelo, un prototipo de la nueva generación de manos protésicas que, a través del uso de las últimas tecnologías, imitan en aspecto, amplitud de movimientos y rapidez a las manos humanas reales, dando al paciente la 84
posibilidad de elegir la presión con la que sujeta los objetos desde un cepillo de dientes hasta una manzana o un papel y de relajar la mano de una forma natural. El encargado de mostrar la versatilidad de este invento en el marco del Salón de la Ortoprotésica y Ayudas a la Discapacidad Orto, ha sido Axel Eichinger, un joven de 28 años que nació sin la mano derecha por un defecto congénito y que ahora, gracias a Michelangelo, disfruta de una vida diaria más fácil, de una relación más fluida con los demás y de mejor autoestima porque, según dice, "ha ganado autoconfianza". AXEL EICHINGER (2009) "Ahora tengo una apariencia más natural cuando dejo la palma de la mano abierta y puedo cambiar el patrón de agarre, la presión con la que sostengo los objetos, sin tener que utilizar la otra mano. La posición de relajación de la mano es única y sobre todo, usándola he ganado en autoconfianza porque tiene un aspecto natural".
"La mano es una herramienta fantástica y parece real. Es suave y agradable al tacto y aprender a manejarla es algo así como aprender a conducir un coche: al inicio puedes tardar unas cuatro semanas en aprender su manejo en casos como el mío. Sin embargo, cuando se trata de adaptar la mano tras un accidente, se aconseja primero desarrollar terapias ocupacionales".
Según la directora general de Otto Block Ibérica, Pilar Moro, 'Michelangelo' que comenzará a venderse a mediados de 2009 y estará disponible en todo el mundo para primavera de 2010
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cuenta con un esqueleto de acero y aluminio que sustituye a huesos y articulaciones y de un relleno blando en el lugar de los músculos y tendones de una mano real, además de una funda que imita a la piel.
GRAFICO # 35 FUENTE:http://www.futurisima.com/la-mano-bionicaFUENTE:http://www.futurisima.com/la-mano-bionicamichelangelo/ ELABORACIÓN: Otto Block
3.4.3 BeBionic BeBionic es la primera mano biónica en salir a la venta, ya que muchos dispositivos robóticos para reemplazar extremidades han sido proyectos o prototipos que no funcionan del todo bien. Es por esto que la compañía BeBionic acaba de lanzar una mano biónica muy funcional. Esta mano robótica puede realizar distintos movimientos que una mano puede hacer: sujetar, apretar, sostener cosas, mover
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algunos dedos entre otros movimientos que la hacen totalmente funcional. La tecnología biónica es todo un hecho, gracias a esta nueva mano robótica que le brinda nuevas esperanzas a las personas que han perdido esta parte del cuerpo.
A pesar de ser una mano robótica hecha de metal, esta viene con un recubrimiento especial que parece como la piel real, viene en distintos tonos de piel y se ve muy real. Los movimientos de la mano asemejan a uno real, y trata de ser lo más natural y parecido a una mano.
GRAFICO # 36 FUENTE:http://globbos.com/2010/05/bebionic-manoFUENTE:http://globbos.com/2010/05/bebionic-manobionicacomercializada/ ELABORACIÓN: BeBionic
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3.4.4 Rodilla Biónica Power Knee Power Knee es una rodilla con motores y sensores del fabricante de prótesis Össur, esta prótesis está diseñada para personas amputadas por encima de la rodilla, con esta prótesis las personas recuperaran gran parte de la movilidad y estabilidad perdida al tener de nuevo una rodilla con movimiento autónomo que permite andar durante más tiempo y elevar los pies sin problemas, por lo que podrán subir escaleras y atravesar obstáculos mucho más fácilmente
GRAFICO # 37 FUENTE: http://www.ortopediamoderna.net/ossur.php#significado ELABORACIÓN: Össur
La Power Knee combina "inteligencia artificial", sensores de movimiento (giroscopios y acelerómetros) y comunicación inalámbrica para ajustarse al caminar de su portador,
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ayudándole a apoyar con más estabilidad su pie protésico. Su construcción es de aluminio, tiene un peso de 2,7 kg (a los que hay que añadir los 0,49 kg de la batería), y puede ser utilizada por pacientes de hasta 125 kg. POWER KNEE funciona como una prolongación dinámica e integrada de su usuario, sincronizando el movimiento con el de la pierna sana. Ofrece niveles sin precedentes de funcionalidad y rendimiento, y sustituye la actividad de los músculos para flexionar y estirar la rodilla según sea necesario. Al andar por un terreno llano, se impulsa suavemente al usuario hacia delante, por lo que se necesita menos esfuerzo para abarcar grandes distancias. En las escaleras y pendientes, la rodilla levanta de forma activa al usuario hasta el siguiente paso.
Funcionamiento de la Power Knee Los amputados dan el primer paso con su pierna sana, Power Knee, tiene un sensor posicionado en el pie que mide el movimiento exactamente, carga y posición del miembro a una velocidad de 1350 veces por segundo. Esta información es trasmitida a la Power Knee que utiliza inteligencia artificial avanzada anticipándose a las funciones que se requieran. Descubriendo el tipo de actividad en la que el usuario esta comprometido , la inteligencia artificial es capaz de calcular con precisión la cantidad de poder necesaria para generar una adecuada función protésica . El aspecto activo de la rodilla reemplaza la función del músculo perdido, habilitando sucesiones complejas del movimiento, restaurando simetría, equilibrio y poder, al andar el amputado.
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GRAFICO # 38 FUENTE: http://www.ortopediamoderna.net/ossur.php#significado ELABORACIÓN: Össur
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CONCLUSIÓN De esta manera se puede concluir que la biónica además de ser una ciencia, se convierte en la esperanza de miles de personas discapacitadas quienes ven en este campo una nueva oportunidad de llevar una vida productiva sustituyendo partes de su cuerpo por replicas artificiales perfectas. Como hemos podido apreciar todos estos nuevos inventos están destinados a ayudar en la vida cotidiana a personas que por una u otra razón se han visto privados de las capacidades físicas. Todos estos avances han sido logrados gracias a la fusión de la Biónica y las nuevas tecnologías informáticas, que son las que permiten el diseño, la creación, la implementación de los dispositivos electrónicos y programas que controlan los movimientos de las prótesis y todas sus funciones específicas. Y es ahora donde se puede apreciar el verdadero valor de la naturaleza y de los seres vivos como inspiradores de soluciones a problemas que de una u otra manera por si solo el hombre no podría solucionar. Porque la naturaleza nos ha sabido demostrar que es sabia, ya que durante todos los millones de años de nuestros planeta, es ella la gran solucionadora de problemas. Y es así como queda demostrado que la evolución y la adaptación son solo unos aspectos de los muchos que tienes la Biónica.
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RECOMENDACIONES Si bien es cierto que las prótesis biónicas actualmente poseen grandes avances en cuanto a desempeño y funcionalidad, en comparación con las prótesis de hace 10 años atrás. Lo más probable que los nuevos dispositivos que se creen de aquí a 10 años más cada vez sean más semejantes a los reales ya sea un brazo o una pierna. Es por esta razón que se recomienda que este trabajo sea ampliado a los nuevos avances de la biónica en los campos de la medicina, arquitectura y diseño, ya que estos son los campos más explotados por el hombre para esta ciencia, que si bien es cierto que ya tiene miles de años aplicándose, es ahora en nuestro siglo donde más avances ha tenido en beneficio de la humanidad.
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LITERATURA CITADA Libros Suárez Mariú, “Más allá del Homo Sapiens - Vol II”, Trafford, Canadá, 2006, Pág. 1159 Parra Duque Diego, “Creativamente”, Grupo Editorial Norma,
Colombia, 2003, Pág. 82
Páginas web Biónica http://es.wikipedia.org/wiki/Bionica Ingeniería biónica http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenieria_bionica Biónica: La naturaleza es sabia http://www.arturosoria.com/eprofecias/art/bionica.asp La biónica como herramienta creativa http://www.emprendedoresnews.com/tips/creatividad/la-bionica-comoherramienta-creativa.html Implantan por primera vez una mano biónica con piel que permite la movilidad de los dedos. http://www.adn.es/tecnologia/20080118/NWS-2085-Implantan-movilidadpermite-bionica-primera.html
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Biónica. El cofre tecnológico del tesoro. http://www.claas.com/countries/generator/cl-pw/es/services/claasvision/archiv/vision25,lang=es_SA.pdf Biónica: Rescate de sistemas naturales http://www.objetual.com/di/articulos/bionica1.pdf BeBionic: La primera mano biónica en ser comercializada http://www.fayerwayer.com/2010/05/bebionic-la-primera-mano-bionica-enser-comercializada/ Biónica http://www.neuronilla.com/content/view/87/70/ La mano biónica, más cerca http://www.pixelydixel.com/2009/12/la-mano-bionica-mas-cerca.html Mano biónica Michel Angelo se ha presentado en España http://www.xataka.com/robotica/mano-bionica-michelangelo-se-hapresentado-en-espana Biónica y Desarrollo de Productos http://bionica.uniandes.edu.co/index.php?option=com_content&task=blogc ategory&id=24&Itemid=106
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GLOSARIO A Aerodinámico: Adj. De la aerodinámica o relativo a esta parte de la mecánica. Objeto que tiene la forma adecuada para disminuir la resistencia del aire. Artificial: Que ha sido hecho por el ser humano y no por la naturaleza. Automatismo: Funcionamiento de un mecanismo, sistema o proceso por sí mismo, sin agentes exteriores. Autómata: Aparato provisto de un mecanismo interior que le permite ciertos movimientos. Máquina electrónica fabricada para realizar automáticamente movimientos y acciones propios de un ser animado.
B Biomímesis: Es la ciencia que estudia a la naturaleza, sus modelos de sistemas (mecánica), procesos (química) y elementos que imitan o se inspiran en ella para solucionar problemas humanos. Bioluminiscencia: Propiedad que tienen algunos seres vivos de emitir luz. Bioingeniería: Es una ciencia relativamente nueva que surge de la aplicación de los conocimientos de la ingeniería en las ciencias biológicas. El resultado conseguido normalmente no puede obtenerse dentro de la estructura de cada disciplina por separado.
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Biorobótica es un término que cubre holgadamente los campos de la cibernética, la biónica, e incluso la ingeniería genética como un estudio colectivo. Biomecánica: es la disciplina que estudia los modelos, fenómenos y leyes que sean relevantes en el movimiento (incluyendo el estático)de los seres vivos. Es una disciplina científica que tiene por objeto el estudio de las estructuras de carácter mecánico que existen en los seres vivos, fundamentalmente del cuerpo humano. Biomateriales: Los biomateriales son productos biocompatibles que se colocan sobre el hueso maxilar tratando de conseguir su regeneración y restaurar el defecto existente. El material más conocido es la hidroxiapatita, pero existen multitud de productos con similares características.
C Camuflaje. Adopción evolutiva por parte de un organismo de un aspecto parecido al medio que le rodea con el fin de pasar desapercibido para los posibles depredadores. El camuflaje o cripsis engloba, por lo general, adaptaciones del tamaño, la forma, el color, los dibujos del cuerpo y el comportamiento, y es relativamente común en los animales, pero menos en los vegetales. Chip: m. Circuito integrado, montado sobre una placa de silicio, que realiza varias funciones en los ordenadores y dispositivos electrónicos.
Convergencia: Unión de dos o más cosas que confluyen en un mismo punto. Confluencia de varias ideas o tendencias sociales, económicas o culturales:
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Cyborg: La palabra cyborg (del acrónimo en inglés cyborg : cyber (cibernético) + organism (organismo), (organismo cibernético) se utiliza para designar una criatura compuesta de elementos orgánicos y dispositivos mecánicos generalmente con la intención de mejorar las capacidades de la parte orgánica mediante el uso de tecnología. Ejemplos de esto son las películas Robocop o Terminator, basadas en ficción. Cibernético, ca: adj. De la cibernética o relativo a ella. f. med. Ciencia que estudia las conexiones nerviosas en los seres vivos. electr. Ciencia que estudia la construcción de sistemas electrónicos y mecánicos a partir de su comparación con los sistemas de comunicación y regulación automática de los seres vivos.
D Divergencia: Falta de coincidencia entre las ideas y tendencias sociales, culturales o económicas de varias personas o grupos.
E Ecolocación: Medida de la distancia de un objeto por el tiempo que pasa entre la emisión de una onda acústica y la recepción de la onda reflejada en dicho objeto. Este proceso ocurre en algunas especies zoológicas, como el murciélago, y también se emplea en diversos aparatos. Electrodo: m. Extremo de un cuerpo conductor en contacto con un medio del que recibe o al que transmite una corriente eléctrica.
F Fisiología: La fisiología es la ciencia cuyo objeto de estudio son las funciones de los seres orgánicos. El término deriva del vocablo latino physiologĭa (“conocimiento de la naturaleza”).
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Fotocélula: Una célula fotoeléctrica, también llamada célula, fotocélula o celda fotovoltaica, es un dispositivo electrónico que permite transformar la energía luminosa (fotones) en energía eléctrica (electrones) mediante el efecto fotovoltaico. Fotorreceptor: Órgano sensitivo especializado en captar las radiaciones lumínicas. En el hombre los fotorreceptores se localizan en la retina y existen dos tipos diferentes: los conos* y los bastones.
H Homogénea: Que está formado por elementos con una serie de características comunes referidas a su clase o naturaleza que permiten establecer entre ellos una relación de semejanza
I Implante Coclear: Es un pequeño dispositivo electrónico que ayuda a las personas a escuchar y puede ser utilizado para personas sordas o que tengan muchas dificultades auditivas.
M Mimetismo: Propiedad de algunos animales y plantas de tomar el aspecto de seres u objetos inanimados de su entorno para protegerse o disimular su presencia. Microprocesador: m. electr. Circuito electrónico formado por millares de transistores integrados en una ficha o pastilla, que realiza la función de una unidad central en los microordenadores.
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Microelectrodo: Electrodo con una punta muy delgada para uso en estudios encefálicos. El instrumento puede introducirse sin dañar la membrana en el tejido nervioso para registrar la actividad bioeléctrica de una sola neurona. Morfología: f. Parte de la biología que estudia la forma de los seres orgánicos y de las modificaciones o transformaciones que experimenta.
P Pixel: Un píxel o pixel, plural píxeles (acrónimo del inglés picture element , "elemento de imagen") es la menor unidad homogénea en color que forma parte de una imagen digital, ya sea esta una fotografía, un fotograma de vídeo o un gráfico. Prototipo: Un prototipo también se puede referir a cualquier tipo de máquina en pruebas, o un objeto diseñado para una demostración de cualquier tipo. Prótesis mioeléctricas: son dispositivos que reemplazan y permiten mover el miembro sin necesidad de pulsar ningún botón, de una manera más natural y compleja.
S Sistemas Expertos: son llamados así porque emulan el comportamiento de un experto en un dominio concreto y en ocasiones son usados por éstos. Con los sistemas expertos se busca una mejor calidad y rapidez en las respuestas dando así lugar a una mejora de la productividad del experto.
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Sustrato: Es un estrato que subyace a otro y sobre el cual está en condiciones de ejercer algún tipo de influencia. La noción de estrato, por otra parte, hace referencia a una capa o nivel de algo, o al conjunto de elementos que se integra con otros previos para la formación de una entidad.
R Refractar: tr. y prnl. fís. Hacer que cambie de dirección el rayo de luz que pasa oblicuamente de un medio a otro de diferente densidad. Retina: f. anat. Membrana interior del ojo de los vertebrados y de otros animales, donde las sensaciones luminosas se transforman en impulsos nerviosos:
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