Control Ocular para Silla de Ruedas

El documento inicia estableciendo la necesidad del proyecto al destacar la alta prevalencia de la discapacidad motriz en México. Citando datos del INEGI del año 2000, se indica que existen 8 personas con discapacidad motriz por cada mil habitantes, lo que representa un total de 814,000 personas. De este grupo, el 76.2% reside en zonas urbanas y el 23.8% en zonas rurales. Esta estadística subraya la considerable población que podría beneficiarse de soluciones de movilidad mejoradas. Se enfatiza la dificultad que representa para este sector de la población el acceso a una silla de ruedas eléctrica, debido a su alto costo.

Se analiza el impacto económico que representa la adquisición de una silla de ruedas eléctrica para un trabajador mexicano promedio. El costo aproximado de una silla de ruedas eléctrica se estima en 1700 USD. Considerando un ingreso per cápita de aproximadamente 5.6 dólares por hora, un trabajador tendría que laborar 304 horas, o 38 jornadas de 8 horas, para poder comprar una. Esta significativa barrera económica refuerza la necesidad de alternativas de bajo costo y mayor accesibilidad. La situación económica del país, catalogado como en vías de desarrollo, se presenta como un factor crucial que exacerba la problemática del acceso a tecnología de asistencia.

La importancia del proyecto radica en proporcionar una alternativa de desplazamiento para personas cuadrapléjicas, quienes presentan una limitación significativa en el control de sillas de ruedas eléctricas convencionales, generalmente operadas mediante un joystick. Si bien existen sillas eléctricas avanzadas en el mercado, su elevado precio las convierte en una opción inalcanzable para la mayoría. La propuesta se centra en desarrollar un sistema de control alternativo, más accesible y adaptado a las necesidades específicas de este grupo, mejorando su calidad de vida y autonomía.

El documento menciona avances tecnológicos significativos en el diseño y control de sillas de ruedas eléctricas, presentando ejemplos de investigaciones previas. Se destaca la presentación de un prototipo de silla de ruedas robótica con control de péndulo invertido en el Instituto Tecnológico de Kanagawa en Japón (2001), capaz de subir escaleras de forma autónoma. También se hace referencia a una silla de ruedas controlada por las intenciones del usuario, desarrollada en la Universidad de Hokkaido en 2003. Adicionalmente, se menciona un prototipo controlado por encefalograma (Universidad de Hokkaido, 2005), y otro que evita obstáculos con algoritmos de aprendizaje adaptativo (Universidad de Hiroshima, Japón). Estos ejemplos ilustran el progreso en el campo, pero también la necesidad de desarrollar sistemas más accesibles y económicos.

El documento explora diferentes técnicas para la detección del movimiento ocular, reconociendo sus ventajas y desventajas. Se mencionan la electro-oculografía (EOG), los lentes de contacto con bobina buscadora (Scleral Search Coil), los seguidores Dual-Purkinje, y las técnicas basadas en el procesamiento de imágenes a partir de video. Se busca un sistema que sea cómodo para el usuario, preciso en la medición, de bajo costo y fácil de calibrar. Se enfatiza que las opciones actuales, aunque ofrecen soluciones para personas discapacitadas, no son completamente accesibles debido a factores como el costo, la disponibilidad y la dificultad de instalación y uso. El objetivo es minimizar estos problemas con el diseño propuesto.

Se profundiza en las características de cada técnica de seguimiento ocular. Los lentes de contacto con bobina buscadora, aunque precisos, son invasivos e incómodos. Los sistemas basados en el procesamiento de imágenes, utilizando cámaras de video y LEDs infrarrojos, son más precisos pero requieren de una computadora y software, haciéndolos menos portátiles. La oculo-grafía infrarroja, aunque no invasiva y precisa para movimientos horizontales, es sensible a los parpadeos. Se recalca que cada una de estas técnicas presenta dificultades de implementación y usabilidad que pueden ser barreras para una adopción generalizada, especialmente en el contexto de personas con discapacidades severas.

Finalmente, el documento justifica la elección de la electro-oculografía (EOG) como la técnica principal para este proyecto. Se destaca su relativa sencillez de operación y aplicación, así como su menor complejidad en comparación con otras técnicas. Aunque se reconoce que la EOG puede tener menor precisión que otros métodos, la priorización en este proyecto se centra en la accesibilidad y la facilidad de implementación, aspectos cruciales para garantizar la viabilidad y el uso generalizado del sistema de control ocular para una silla de ruedas eléctrica. La sencillez de la EOG permite un sistema más portátil y económico, facilitando su adopción por la población objetivo.

El documento menciona un prototipo de silla de ruedas robótica desarrollado en el año 2001 en el Instituto Tecnológico de Kanagawa, Japón. Este prototipo, presentado en la conferencia SICE 2001 en Nagoya, utilizaba un sistema de control de péndulo invertido. Esta innovadora tecnología permitía a la silla cambiar su ángulo de inclinación para subir escaleras de manera autónoma. El diseño, propuesto por Takahashi, representa un avance significativo en la capacidad de las sillas de ruedas para superar obstáculos, demostrando la viabilidad de la robótica para mejorar la movilidad de personas con discapacidad. La capacidad de subir escaleras de hasta 10 cm de alto es destacada como un logro importante en la robotización de sillas de ruedas.

En el año 2003, investigadores de la Universidad de Hokkaido, Japón, presentaron en la Conferencia Internacional de Robótica un prototipo de silla de ruedas eléctrica controlada por las 'intenciones' del usuario. Este sistema innovador respondía a la interacción del usuario con la silla, prediciendo la intención de movimiento (derecha o izquierda) basándose en las fuerzas generadas por el usuario al interactuar con la silla. La silla se comportaba como una extensión del cuerpo del usuario, anticipando y respondiendo a sus movimientos. Este enfoque representa un avance en la integración entre el usuario y la tecnología de asistencia, creando un sistema más intuitivo y natural.

Otro desarrollo significativo se refiere a una silla de ruedas eléctrica controlada mediante encefalograma, publicado en 2005 en IEEE Transactions on Robotics. Investigadores de la Universidad de Hokkaido desarrollaron un sistema que utilizaba sensores para detectar los impulsos eléctricos del cerebro y un algoritmo recursivo de control para reconocer patrones en las señales del encefalograma. Este prototipo demostró la capacidad de controlar una silla de ruedas utilizando señales cerebrales, abriendo nuevas posibilidades para personas con discapacidades severas que no pueden usar otros sistemas de control. La imagen de los sensores y el sistema completo se presentan como evidencia del diseño.

Además de los ejemplos anteriores, el documento menciona la existencia de otros prototipos de sillas de ruedas inteligentes. Se destaca un prototipo desarrollado en la Universidad de Hiroshima, Japón, que incorpora algoritmos de aprendizaje adaptativo para evitar obstáculos. Esta mención subraya la continua investigación y desarrollo en el campo de la movilidad asistida, buscando mejorar la autonomía y la seguridad de las personas con discapacidad. La diversidad de enfoques y soluciones desarrolladas en Japón resalta la importancia de la innovación en este sector.