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Christian Peñaloza: la historia del mexicano que puede controlar tres brazos a la vez, incluyendo un robótico, solo con la mente
Robotica e IA

Christian Peñaloza: la historia del mexicano que puede controlar tres brazos a la vez, incluyendo un robótico, solo con la mente

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No es que la idea de que robots y extremidades prostéticas para extender las capacidades del humano sea nueva, es que nadie ha introducido la idea de la forma en que Christian, nacido en Tijuana, lo ha hecho. 36 años y una mente clara, articulada y con la paciencia para explicar su trabajo, propia de quien ha tenido que sintetizar su investigación una y otra vez, Christian está detrás de la investigación publicada en Science que abre la puerta hacia una auténtica extensión de las capacidades humanas, comenzando con un tercer brazo.

En efecto, los brazos robóticos no escasean, solo que hasta ahora toda prótesis ha sido pensada o para compensar las capacidades motrices de quien tiene alguna discapacidad, o funcionan a partir de estímulos musculares que anteceden a la acción de la prótesis. Una prótesis de pierna derecha puede responder a estímulos musculares del paciente; pero el trabajo de Christian no es nada como eso.

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El ahora doctor Christian Peñaloza es investigador del Advanced Telecommunications Research Institute International en Kioto, de la Universidad de Osaka en Japón y ha fundado su propia empresa en México Mirai Innovations. Es especialista en interfaces cerebro-maquina y la importancia de su trabajo es que ha sido el primero en desarrollar un sistema que permite a un usuario operar sus dos brazos al mismo tiempo que controla un tercero robótico, solo con la mente. Sin estímulos físicos de por medio, y pensado para personas que tienen sus dos brazos intactos.

"Extender las capacidades humanas" le llama Christian al propósito de su trabajo.

Debe ser imposible saber con precisión qué pensaron los 15 participantes voluntarios del estudio, cuando llegaron con Christian y se dieron cuenta de que su trabajo sería el de mover un brazo robótico, con ayuda de unos cables colocados en una gorra que iría en su propia cabeza. Yo habría pensado que eso no es menos que ciencia ficción.

Pero el estudio fue cuidadosamente diseñado. En él, el usuario debía sostener una tabla con una pelota al centro, de manera que lograra balancearla sin que la pelota tocara el perímetro de la tabla.

La tabla, encima, tiene cuatro figuras de distintos colores colocadas precisamente para que el usuario haga recorrer la pelota, yendo de figura a figura. El mecanismo está articulado para que consuma recursos motrices del usuario, y aquí, es donde comienza el verdadero experimento: justo a lado del usuario, colocado con precisión, yacía un brazo robótico cubierto en la zona del antebrazo, pero con mano con color piel.

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20 minutos y el usuario tendría colocada una gorra con electrodos por doquier, los cuales, conectados al sistema de Christian, son capaces de percibir señales eléctricas del cerebro, para luego reinterpretarlas en forma de comandos para el brazo. El usuario debería de, simultáneamente, poder mover la tabla con las figuras y la pelota en ella con sus dos brazos, y al mismo tiempo recoger una botella con el brazo robótico delgado.

El experimento, que tiene como piedra angular un algoritmo basado en inteligencia artificial diseñado por Christian fue todo un éxito, con resultados positivos en más de un 80%.

Si nosotros tenemos nuestros dos brazos y podemos aumentar un tercer brazo, estamos extendiendo nuestras capacidades físicas y podemos realizar más de una acción a la vez con tres brazos. La idea en esencia es que la interfaz cerebro máquina pueda aumentar tus capacidades físicas, y eventualmente también tus capacidades cognitivas

Christian Peñaloza

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La clave, explica Christian a Xataka México, es que en estudios previos ya se han leído señales cerebrales para transferirlas a comandos hacia el brazo, pero siempre se ha hecho en pacientes que no tienen alguna extremidad o que no pueden mover eficientemente su cuerpo. El mecanismo de detección de señales es completamente distinto. Cuando un paciente que carece de una extremidad intenta mover un brazo, la actividad se encuentra en la parte premotora. "Ese es un conocimiento perfectamente documentado" dice Christian.

Sin embargo, si una persona ya está usando sus dos extremidades superiores, e intenta mover un tercero que no le pertenece, otras áreas del cerebro comienzan a encenderse en el mapa de detección de señales. El truco está en diseñar un algoritmo que entienda cómo se involucran las nuevas partes del cerebro en función, en qué ancho de banda se emiten las señales, y luego comprender toda esa información para codificarlas en comandos para el brazo robótico en cuestión.

Christian se ha dado cuenta que si una persona intenta mover un brazo que no es el suyo, se involucra la parte prefrontal, vinculada principalmente a tareas de imaginación y creatividad. Imaginar con efectividad que tenemos un tercer brazo, es parte fundamental del experimento.

La investigación de Christian es sobre interfaces cerebro-máquina. Eso es un sistema que consiste en adquirir las señales de un cerebro de cuando una persona, decodificar patrones del pensamiento y atribuirles comandos a los pensamientos, para así poder desde videojuegos, robots y hasta electrodomésticos

Mejorar capacidades cognitivas

Penaloza Mit Review

No todos los usuarios lograron manipular el brazo robótico con efectividad. Christian entonces se dio cuenta que manipular el brazo robótico, mientras se hace una actividad simultánea, puede incluso mejorar las capacidades cognitivas del humano.

Resulta que, en su mayoría, quienes tuvieron problemas con manipular el brazo robótico y balancear la mesa con figuras y la pelota sobre ella, mejoraban sus índices de manejo si solo se dedicaban al brazo robótico. En otras palabras, el problema fue su capacidad para la multitarea.

De acuerdo a Christian, eso quiere decir que si se realizara con frecuencia el ejercicio de manipular el brazo robótico de forma simultánea a las dos extremidades superiores, la persona estaría entrenando cognitivamente. Las funciones de atención visual, carga cognitiva, memoria y coordinación, serían solo algunas que se verían aumentadas, lo que podría a su vez resultar en mayor eficiencia para actividades cotidianas incluso sin brazo robótico de por medio.

"Todos tienen la capacidad para controlar el brazo, pero cuando hacen las dos cosas al mismo tiempo, ahí es cuando un grupo de separa y lo hace peor. Eso quiere decir que la capacidad de hacer multitarea ya es personal. Hay personas que solo no pueden hacer dos cosas a la vez"

Christian Peñaloza

El robot de juguete

Cuando a Christian su hermana mayor le regaló de navidad un robot de juguete a sus escasos 13 años, no tenía ni la menor idea de que sería el primer contacto de toda una vida vinculada a interfaces cerebro máquina, robótica e inteligencia artificial. "A mí siempre me gustaron estas cosas de la tecnología y las computadoras" dice, de manera que debió haber sido de lo más natural para su hermana mayor un robot minuatura como regalo de cumpleaños.

En realidad, las mayores preocupaciones de Christian debieron haber estado en sus nada cortos trayectos de hora y media a dos horas a su preparatoria en San Diego, lo que obligaba a Christian a cruzar la frontera todos los días. Si Christian fuera un adolescente ahora mismo, queda a la imaginación si podría hacer la travesía con normalidad todos los días.

Después, la universidad hizo que Christian se asentara en San Diego para estudiar de lleno ingeniería computacional. Aquel robot de la adolescencia le estimuló lo suficiente como para comprar una versión actualizada del mismo y convertirlo en pieza central de un experimento por el cual modificaría su software y enlazaría por primera vez dos robots haciendo que uno mandase comandos vía infrarrojo al segundo para controlar sus movimientos. Cualquier parecido con su actual trabajo no debe ser una coincidencia.

Reconocimiento Por Impulsar Mexico Desde Extranjero

Su carrera hizo que eventualmente Christian se asentara en Japón, en donde comenzó con unas prácticas profesionales en una empresa de origen alemán. Pese a la carrera con inicios prometedores, el proceso de conversión a una cultura totalmente nueva no fue sencillo, comenzando con las obvias barreras de lenguaje. "Pueden pasar uno o dos años y no te puedes comunicar (...) al principio fue bastante duro".

Para conseguir una fuente extra de ingresos, Christian en algún momento fue mesero en Japón

Pese a ello, aplicó para la maestría de Innovación y Sistemas Inteligentes en la Universidad de Osaka, Japón, en donde encontró a su disposición todo un laboratorio de robótica que le sirvió como campo de pruebas para sus primeros algoritmos para machine learning.

"Yo le mostraba al robot un libro y le decía 'esto se llama libro', y el robot con la palabra clave de 'libro' se podía bajar de internet cientos de imágenes de libros y crear su propia base de datos para comenzar a entrenarse a sí mismo"

Christian Peñaloza

Christian Penaloza

Con una trayectoria académica consolidada, el experimento del brazo robótico comenzó en 2016, lo que tomó aproximadamente ocho meses en recolección e interpretación de los primeros datos. Después, el puro experimento del brazo robótico tomó tres meses más. Para desarrollar el sistema que monitorea las señales del cerebro, Christian participó en diferentes convocatorias del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología en México con diferentes aplicaciones, pero todas fueron rechazadas. Fue hasta que Christian aplicó para obtener financiamiento en Japón que consiguió, en solo ocho meses, 100 mil dólares.

Tres años después, habiendo fundado una empresa en México, un centro de investigación en Japón, y fungiendo como investigador colaborador de distintos centros, ahora Christian vive sus días con la mitad de ellos en horario de México. Su día debe comenzar a las cinco de la mañana con reuniones vía zoom con su equipo de desarrollo de Mirai en México, cuando aún son las seis de la tarde en México. Aún así, Christian no tiene empacho en atender llamadas incluso cuando en su huso horario son las 11 de la noche.

Una etapa posterior del experimento dotó al brazo robótico de una cámara con el fin de reconocer el objeto a sostener. Así, la mano del brazo se adecuaba automáticamente al objeto a sujetar.

La interfaz que ha creado para detectar y decodificar señales cerebrales para luego transmitirlas a un brazo robótico se llama Aura y actualmente puede ser adquirida por centros educativos y de enseñanza. Su precio ronda en los 3,500 dólares, lo que lo hace ser más accesible para centros de investigación y universidades que el resto de interfaces cerebro máquina que están actualmente en el mercado.

Pero independientemente del sistema concretado, Christian piensa que su trabajo puede abrir puertas a otros, quienes posiblemente recibieron su primer robot hace no mucho tiempo. Su mensaje para los más jóvenes es bastante claro, y pasa por tener perspectiva del futuro y pensar, en cualquiera que fuera su carrera, el enfoque de cómo será entendida y qué abonará a las nuevas tecnologías. "Si te llama la atención las leyes, quizás podrías enfocarse en crear diligencias que vayan enfocadas a las nuevas tecnologías (...) si vas a ser doctor quizás el futuro de cómo se va a desarrollar los tejidos humanos con base en bioimpresión, o incluso la cirugía robótica".

Christian Peñaloza está promoviendo el programa Emergent Future Technology Training Program donde participantes de todo el mundo van a Japon para recibir talleres especializados y desarrollan un proyecto de la industria por 12 semanas utilizando tecnologias emergentes como la inteligencia artificial, robotica, realidad aumentada, IoT, Big Data y Neurotecnologias. La idea es vincular a los graduados con posibilidades de empleo en Japón. Las inscripciones para el primer ciclo, a desarrollarse de septiembre a noviembre han cerrado ya, y a decir de Christian, la mayoría de los participantes son mexicanos.

El segundo ciclo comenzará en marzo de 2020 y las inscripciones están abiertas.

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