Da ficção científica à realidade: o futuro da inteligência artificial e a fisiologia humana

Concebido para devolver a força dos músculos perdidos e conferir uma maior simetria de movimentos, o joelho Power Knee permite aos utilizadores percorrerem distâncias maiores e adapta-se a vários tipos de terreno.
Concebido para devolver a força dos músculos perdidos e conferir uma maior simetria de movimentos, o joelho Power Knee permite aos utilizadores percorrerem distâncias maiores e adapta-se a vários tipos de terreno.

É o tipo de tecnologia que temos visto nos filmes ao longo dos anos: a fisiologia humana torna-se sobre-humana, com membros biônicos que utilizam inteligência artificial. Mas os desenvolvimentos na biomecatrônica significam que as próteses que em tempos pareciam pura ficção estão agora a ajudar pessoas amputadas a levar uma vida sem limitações. Richard Hirons, especialista em próteses clínicas da Össur, fala-nos de alguns dos mais recentes produtos biônicos desta empresa e de até onde a tecnologia nos pode levar no futuro.

A Össur é especialista em dispositivos protésicos externos de substituição dos membros inferiores e em órteses, tais como reforços e suportes. “Definimo-nos a nós próprios como fornecedores de equipamentos, mas também trabalhamos com estabelecimentos clínicos para aperfeiçoarmos os produtos”, explica Hirons. “As próteses são, em alguns aspectos, como sapatos grandes. E nem todos os sapatos conseguem fazer tudo. Trata-se de adaptá-los às diferentes necessidades”.

As próteses normais são dispositivos passivos que respondem aos movimentos do corpo. “Os outros músculos das pessoas amputadas têm de trabalhar arduamente”, prossegue Hirons. “Mas, se são os músculos que fornecem a força necessária para o movimento das articulações, então por que não recorremos a motores para gerar essa força, diminuindo assim a carga fisiológica sobre o utilizador? Mas as articulações têm de receber a energia na altura certa, com a velocidade certa, com a força certa e com a amplitude de movimento certa”.

“As próteses são, em alguns aspectos, como sapatos grandes. E nem todos os sapatos conseguem fazer tudo. Trata-se de adaptá-los às diferentes necessidades”, afirma Hirons
“As próteses são, em alguns aspectos, como sapatos grandes. E nem todos os sapatos conseguem fazer tudo. Trata-se de adaptá-los às diferentes necessidades”, afirma Hirons

INOVAÇÃO BIÔNICA – Durante a última década, o portfólio de investigação e desenvolvimento da Össur tem-se concentrado na aplicação de sistemas de engenharia ao campo da biologia, com o objectivo de desenvolver produtos que respondam de uma forma humana a fim de restaurar as funções anatômicas perdidas através da amputação. O resultado é a tecnologia biônica, uma inovadora gama de membros inferiores protésicos que combinam a inteligência artificial com a fisiologia humana.

Os produtos biônicos aliviam as pessoas amputadas ao calcularem a forma como os seus membros deveriam mover-se controlando os movimentos por eles. Permitem assim que as pessoas se concentrem na sua atividade, em vez de terem de pensar na forma como estão a caminhar.

Rheo Knee
Rheo Knee

Os dois produtos biónicos da Össur para os joelhos, o Rheo Knee (foto) e o Power Knee (no destaque), começaram por ser projetos de investigação externos, que a empresa depois chamou a si. Originariamente desenvolvido no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, o Rheo Knee recorre à inteligência artificial, que inclui microprocessadores, para controlar os movimentos. Consegue assim restaurar a capacidade de andar ao “aprender” e adaptar-se ao modo de andar da pessoa amputada, à sua velocidade e ao tipo de terreno em questão.

“Para que um joelho funcione correctamente, é necessária a conjugação de dois factores: a velocidade certa e o nível de amortecimento certo, para garantir o abrandamento dos movimentos”, refere Hirons. “A velocidade do andar determina a carga e o amortecimento necessários. Pense nisto como uma caixa de velocidades automática: o joelho controla-se automaticamente a si próprio, pelo que o utilizador não tem de se preocupar com ele”.

FUNCIONAMENTO – Mas como é que o joelho sabe o que fazer? Hirons explica: “O Rheo Knee recorre a sensores e a algoritmos de computador para identificar a fase de marcha (oscilação ou paragem) em que o utilizador se encontra. Quando detecta a localização do joelho, aplica força ou amortecimento, consoante as necessidades. Com os joelhos passivos, apenas pode ser utilizada uma configuração de amortecimento, pelo que os joelhos biónicos são muito mais versáteis”.

O Power Knee é ainda mais fascinante: concebido para devolver a força dos músculos perdidos e conferir uma maior simetria de movimentos, permite aos utilizadores percorrerem distâncias maiores e adapta-se a vários tipos de terreno. “Tem um motor incorporado, que faz com que o joelho vá buscar a sua própria energia ao aplicar a extensão e a flexão activas”, esclarece Hirons. “Basicamente, o Power Knee possibilita ao utilizador fazer mais com o mesmo esforço, ou o mesmo com menos esforço”.

Tal como o Rheo Knee, também o Power Knee recorre a sensores e tem um microprocessador para “aprender” o modo de andar do utilizador, ajustando-se automaticamente com base na velocidade, no terreno e na amplitude da passada. Mas também tem um giroscópio, que actua como um sensor de movimento, pelo que sabe sempre onde se encontra a articulação no “espaço”, bem como o respectivo ângulo de inclinação.

Proprio Foot
Proprio Foot

COMBINAÇÃO DE TECNOLOGIAS – A tecnologia biónica da Össur não se limita aos joelhos: o Proprio Foot foi desenvolvido no seio da empresa, e Hirons esteve envolvido nos primeiros ensaios. “A tecnologia do Proprio Foot foi sem dúvida inovadora”, recorda. “As pessoas precisavam de ter melhores respostas em diferentes tipos de terreno. Mesmo uma inclinação numa estrada, a adaptação a novos sapatos ou andar descalço sem comprometer o alinhamento da prótese podem ser difíceis para um amputado.”

O Proprio Foot substitui o tornozelo e foi concebido para pessoas com amputações abaixo do joelho. Permite ao utilizador ajustar a altura do calcanhar e adaptar-se a diferentes tipos de terreno. Tal como o Power Knee, possui um giroscópio no interior, que localiza o pé no espaço, bem como um motor incorporado, que muda o ângulo do pé.

A Össur já combinou também a sua tecnologia de ponta para conceber a Symbionic Leg (foto abaixo), a primeira perna biônica completa alguma vez criada. Conjugando as vantagens do Rheo Knee com as do Proprio Foot, esta perna artificial consegue também levantar ativamente os dedos dos pés, para reduzir os tropeções, e protege os utilizadores contra eventuais quedas ao fornecer um apoio de paragem instantâneo. Todos estes dispositivos tornam a vida com um membro protésico muito mais fácil e permitem uma maior mobilidade aos seus utilizadores.

20130826 - SYMBIONIC-LEGO FUTURO DA BIÔNICA – Conseguirá a tecnologia biônica levar os limites da ciência ainda mais além?

“Acredito que as melhorias na tecnologia dos sensores e o controle neural direto dos membros protésicos estarão entre os principais alvos da nossa atenção no futuro”, refere Hirons. “E a criação de músculos artificiais já está a ser explorada. Por outro lado, os produtos já existentes também podem ser aperfeiçoados: próteses com mais força, alternativas aos motores, redução do calor ou descoberta de fontes de energia alternativas. Atualmente, os utilizadores recarregam os seus membros durante a noite, como fazem com os seus telemóveis”.

“O caminho a seguir no futuro é descobrir formas de melhorar os mecanismos de controlo para produtos como a nossa Symbionic Leg”, conclui Hirons. “Atualmente, estamos a tentar adivinhar o melhor que podemos aquilo que o utilizador está a fazer e quer fazer, mas o controlo neural direto permitir-nos-ia deixar de tentar adivinhar”.

E os membros biônicos controlados automaticamente pelos nossos nervos, algo que parece fazer parte de um futuro distante, podem estar para breve: o Professor Gordon Blunn, de quem falamos em agosto, tem uma patente pendente para a sua tecnologia que combina o controlo neural com a tecnologia ITAP. Por isso, não perca de vista os nossos próximos artigos.

Fonte: Medtronic EUreka

Passo Firme – 26/08/2013
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Avanços tecnológicos que ajudam a inserção das pessoas com deficiência no mercado de trabalho

Enquanto o mundo celebra as extraordinárias conquistas dos atletas paralímpicos nos Jogos de Londres, pessoas com deficiências em todo o mundo enfrentam desafios cada vez mais sérios na luta por espaço no mercado de trabalho. As limitações físicas, aliadas ao preconceito e ignorância, ficam ainda mais difíceis de superar em tempos de recessão econômica.

Muitos acreditam que a tecnologia – que auxiliou tantos atletas durante as Paralimpíadas – tem um papel importante em permitir que o portador de necessidades especiais se destaque também fora do Parque Olímpico, realizando seu potencial nas mais diversas profissões. A BBC ouviu alguns dos profissionais que trabalham para isso.

REVOLUÇÃO BIÔNICA – Um dos líderes na batalha para que a tecnologia abra os caminhos do mundo aos portadores de deficiências é o americano Hugh Herr (foto), professor do Media Lab do MIT (Massachusetts Institute of Technology), nos Estados Unidos. Ele acredita que os avanços da tecnologia biônica podem liberar o potencial de uma força de trabalho que, até agora, vinha sendo subutilizada. “Eu prevejo uma revolução de biônicos”, diz Herr. “Estamos entrando em uma era biônica, onde começamos a ver tecnologia que é sofisticada o suficiente para imitar funções fisiológicas importantes”, acrescenta.

Como diretor da companhia iWalk – que fabrica próteses robóticas que imitam as funções de membros do corpo humano – Herr trabalha com biônicos diariamente. Além disso, o professor personifica a revolução que prevê. Durante uma mal sucedida expedição de alpinismo em 1982, Herr sofreu ulcerações tão graves provocadas pelo frio que suas pernas tiveram de ser amputadas abaixo dos joelhos. Hoje, graças aos produtos que ele próprio desenvolveu, Herr continua a praticar alpinismo.

As próteses biônicas que produz são tão avançadas que não apenas imitam as funções de uma perna humana normal – elas são, em vários aspectos, superiores. E estão disponíveis comercialmente em outros 50 centros espalhados pelos Estados Unidos. Um cliente da iWalk, um trabalhador de uma fábrica em Ohio, conseguiu voltar ao trabalho apenas duas semanas após ter suas novas pernas ajustadas.

“Podemos colocar as pessoas de volta no trabalho, o que é (uma conquista) imensa. Só isso custaria ao Estado milhões de dólares”, explica Herr. Na opinião dele, quando uma pessoa manca, há efeitos colaterais, como dor nas costas e nas juntas. E eles tendem a aumentar com o passar dos anos. “Tivemos pacientes cuja dor foi cortada pela metade, ou em 75%, o que é bastante.”

COMBATENDO O ESTIGMA – Para alguns, no entanto, não se trata de retornar ao antigo emprego e, sim, de conseguir um trabalho. Barbara Otto (foto) é diretora da ONG Think Beyond the Label (Pense além do rótulo, em tradução livre), que tenta auxiliar empresas a contratar pessoas com necessidades especiais. “Estamos entrando em uma era biônica, onde começamos a ver tecnologia que é sofisticada o suficiente para imitar funções fisiológicas importantes”, avalia.

A ONG criou um portal digital que funciona como uma rede social, permitindo que empregadores e força de trabalho façam contato e organiza feiras online onde empresas e candidatos a empregos podem se encontrar. “A grande vantagem dessas feiras profissionais online é que não há necessidade de que as empresas viajem, e não há a necessidade de que as pessoas com deficiências viajem para um determinado local. Isso acaba com quaisquer inibições que um empregador possa ter, ou que uma pessoa portadora de deficiência possa ter, ao entrar em contato.”, explica.

Bárbara acredita que empresas têm muito a ganhar ao empregar pessoas com necessidades especiais. “Sempre digo, se você quiser contratar alguém que pense diferente, empregue uma pessoa com alguma deficiência. Quando buscamos inovações em design, tecnologia ou em usos de softwares, pessoas com deficiências são sempre capazes de oferecer essa inovação que faltava porque precisam inovar na sua vida diária”, afirma.

CRÍTICAS – Outra importante frente de batalha na luta para colocar pessoas com deficiências no mercado profissional é garantir a eles o acesso ao local de trabalho. “A tecnologia terá um papel central nesse processo”, disse Alan Roulstone, professor de inclusão da Northumbria University, no norte da Inglaterra. Ele acredita que a grande estrela nesse palco são as tecnologias de navegação adaptadass para uso em prédios de escritórios.

“Tendo em vista a maneira como a telefonia e as tecnologias de GPS estão se desenvolvendo, acho que é apenas uma questão de tempo para que você tenha apps para celulares que permitam que pessoas com deficiências visuais, declínio cognitivo ou dislexia naveguem pelo ambiente.”

Alguns observam com cautela a emergência de tecnologias capazes de nos levar além das fronteiras da natureza – particularmente no caso dos biônicos, que podem ser usados para aumentar as capacidades do corpo humano.

No entanto, essas questões não preocupam Hugh Herr, do MIT Media Lab. “Existe tanta dor e sofrimento no mundo hoje por causa de corpos que não funcionam muito bem. A narrativa dominante é construir uma sociedade onde essa dor e sofrimento sejam reduzidos. As pessoas, em geral, não acham que isso não seja ético, mas eu não consigo ver um problema em irmos além do que a natureza pretendia. Nós já fazemos isso, com celulares, bicicletas, carros e aviões.”

Fonte: BBC Brasil

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Passo Firme – 14.09.2012
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Amputar: uma escolha impensável para muitos que precisam dela

Há cinco anos, Ann Kornhauser (foto) estava andando com seu cachorro em Hicksville, NY, quando os ossos em seu pé esquerdo racharam de forma repentina. Os médicos descobriram que ela tinha um raro tumor, amputaram metade do pé e deram-lhe uma prótese, mas o equipamento a deixava com dores constantes. Muitas vezes Ann Kornhauser chorava em seu carro depois de idas ao supermercado porque temia levar os sacos de compra para casa. Foi então que seu protesista propôs uma solução: amputar a perna em nível abaixo do joelho.

“‘Membros artificiais tinha melhorado muito’, disse ele, e eu poderia me beneficiar de novos modelos de alta tecnologia”, recorda-se Kornhauser. A ideia de perder o resto de sua perna – que estava saudável o bastante – parecia absurda e assustadora. Mas após dois anos de desconforto, a senhora Kornhauser decidiu fazer a cirurgia. “Toda a minha família disse foi: ‘Você vai ficar sentada lá sem uma perna!’ Mas eles não sabiam o que eu sabia”, disse ela. “Pessoas correram maratonas sobre próteses. Eu sabia que teria uma vida novamente”.

Durante uma recente entrevista, a avó de 63 anos, alegre puxou as calças para mostrar uma prótese de perna, com uma superfície muito parecida à da perna sã. A perna mecânica que Kornhauser utiliza tem uma aparência realista, com uma pele de silicone personalizada e um tornozelo que pode ser ajustado para várias alturas de salto; vários pés protéticos nos EUA possuem sistemas de tornozelo com microprocessadores, incluindo sensores de movimento, que são uma verdadeira maravilha. “Eu era capaz de andar novamente”, disse ela. “E parece real”, acrescenta.

Aproximadamente dois milhões de pessoas nos Estados Unidos estão vivendo com amputações, de acordo com a Amputee Coalition of America (Coalizão de Amputados das América), um grupo de defesa nacional daquele país. Mas, como membros artificiais são infundidos com tecnologia cada vez mais sofisticada, muitos amputados estão fazendo uma escolha, uma vez impensável. Em vez de fazer todo o possível para preservar e viver com o que resta de seus membros, alguns estão optando por amputar mais extensivamente para recuperar o máximo possível a funcionalidade do membro perdido.

Ocasionalmente, essa escolha é feita por alguém com uma mão ou braço ausente. Mas o mais comum são as amputações abaixo do joelho, que permitem pacientes – como a citada no início da reportagem – tirar proveito de próteses robóticas modernas e realistas, com capas personalizadas, motores e microchips que reproduzem movimentos humanos naturais. O Sul Africano corredor Oscar Pistorius, um biamputado, foi até mesmo acusado de ter uma vantagem injusta sobre concorrentes, por utilizar próteses de corrida feitas de fibra de carbono.

A DIFÍCIL DECISÃO – “Amputados estão percebendo que podem fazer tudo o que eles fizeram antes”, afirma Amy Palmiero (foto), 39 anos, ultramaratonista célebre que perdeu sua perna esquerda em um acidente de moto quando ela tinha 24 anos. Ela agora trabalha em uma clínica protética em Long Island, EUA. “Embora a perda de um membro ainda seja um trauma médico, muitos amputados passaram a aceitar as melhorias biônicas advindas da tecnologia”, observa Palmiero.

Um dia, no verão de 2003, David Rozelle (foto), um capitão do Exército, estava em um hospital de Bagdá com o pé direito mutilado por uma mina terrestre. Os médicos o amputaram um pouco acima do tornozelo. Com um pé artificial, o capitão Rozelle, que vive perto de Boulder, no Colorado, conseguiu recuperar parte de sua antiga vida. Ele competiu no triatlo e retornou ao serviço no Iraque, ele é agora um dos principais capitães. Após dois anos e meio de sua amputação, ele disse ao seu cirurgião que queria amputar mais nove centímetros de sua perna para que ele pudesse se beneficiar de uma nova prótese abaixo do joelho. O médico ficou horrorizado.

“A comunidade médica está completamente focada em resgatar membros”, disse o major Rozelle, atualmente com 39 anos. “Há realmente uma desvantagem de ter o comprimento do membro extra, porque você não pode caber corretamente em dispositivos protéticos”, explica. Ele fez a operação e agora é dono de vários modelos sofisticados de pernas robóticas, que ele usa para as atividades cotidianas e para seus esportes favoritos, como o esqui. Muitos amputados optam por cirurgias mais extensas são atletas como Rozelle Maior e têm esperança de recuperar a vida ativa.

Familiares do paciente que recebe do médico ou protesista a indicação de amputar um membro ou parte dele para se adaptar melhor a um membro artificial ficam compreensivelmente confusos, preocupados e raramente são tão entusiasmados com os procedimentos drásticos propostos. Michael Laforgia (foto), que inicialmente perdeu os dedos do pé esquerdo devido uma bactéria contraída após meningite – conta que levou muito tempo para se convencer, após recolher testemunhos de outros amputados que tinham feito o mesmo.

Apesar da aparência natural de algumas, funcionalidade parece ser o aspecto mais importante para a decisão de usar as próteses modernas. Hugh Herr, que lidera o grupo de pesquisa biomecatrônicas no Media Lab do Massachusetts Institute of Technology (MIT) diz que muitos “têm pouco desejo de que o membro artificial pareça humano”.

AVANÇOS – Novas pesquisas estão fazendo a tecnologia evoluir rapidamente. Herr fundou um centro de pesquisas chamado iWalk, que produzirá próteses de nova geração. O artigo do NYT revela que o primeiro produto da empresa será um pé e tornozelo biônico, resultante de meticulosa modelagem de músculos, tendões e reflexos nervosos usados no andar humano. O pé artificial pode perceber as ações do usuário e do terreno onde a pessoa está andando e se ajustar de acordo (veja a matéria).

Na Universidade Johns Hopkins, pesquisadores estão trabalhando em criar próteses de membros superiores mais modernas para soldados amputados. O objetivo é que os novos modelos não apenas sejam semelhantes a membros naturais em destreza, força, tamanho e peso, mas que também possam ser comandadas pelo cérebro através de uma rede de eletrodos implantada no córtex cerebral ou em nervos periféricos. Esses eletrodos captariam sinais nervosos e os transmitiriam ao membro artificial.

O preço das próteses modernas, no entanto, não é barato. A de Herr deverá custar cerca de 70 mil dólares e as seguradoras geralmente cobrem apenas as próteses básicas e não membros artificiais de ponta. Algumas dessas próteses ainda estão há anos de serem lançadas, mas a tecnologia atual já está permitindo grandes avanços na qualidade de vida dos amputados.

Fonte: The New York Times

Passo Firme – 23.05.2012
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Pé biônico simula movimentos humanos de maneira realista

O protótipo, criado para atender as necessidades dos soldados americanos vítimas de amputações de membros no Iraque e no Afeganistão, apresenta uma nova esperança para o mercado de próteses, por reproduzir os movimentos do membro de verdade de maneira realista

As próteses atuais, por mais tecnológicas que pareçam, ainda não simulam um braço ou uma perna suficientemente bem. A esperança mais próxima de alcançar esse realismo reside no BiOM (foto), um novo pé biônico que está impressionando cientistas da área e pacientes que perderam parte do membro inferior em acidentes de trabalho ou no exército.

De acordo com a Forbes, a diferença é que a tecnologia envolvida na criação do BiOM é capaz de reproduzir cada região dessa parte do corpo, como o tornozelo e o calcanhar, utilizando materiais sintéticos que se assemelhem ao máximo com tecidos e ossos da região.

Com isso, quem usa a prótese acaba cansando muito menos ao caminhar, já que a pessoa gasta a mesma quantidade de energia que era usada antes do acidente. A adaptação ao membro biônico também é mais eficiente, já que o cérebro “reconhece” o acessório com mais precisão e reacostuma  a pessoa aos movimentos naturais dos pés.

A ideia da americana iWalk, responsável pelo desenvolvimento da prótese com recurso das forças armadas dos EUA para atender as necessidades dos soldados vítimas de amputações no Iraque e no Afeganistão, é aplicar a mesma tecnologia em membros biônicos que substituam outras parte do corpo, além de investir no comércio em massa das peças já existentes.

Veja no vídeo abaixo uma demonstração do BiOM:

Leia mais em: Tecmundo

Passo Firme – 24.03.2012
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