Exotrajes para rehabilitación: retos y primeros pasos

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Los exotrajes y exoesqueletos robóticos han dejado de ser ciencia ficción para convertirse en una herramienta real dentro de la rehabilitación neuromuscular y la asistencia al movimiento. En los últimos años, la robótica ha salido de la fábrica para entrar en hospitales y centros de investigación, cambiando por completo la manera en la que entendemos la recuperación de la movilidad y el apoyo a personas con discapacidad motora.

Al hablar de exotrajes para rehabilitación, retos y primeros pasos, no solo pensamos en máquinas futuristas, sino en dispositivos que se visten como una prenda y que deben convivir con el cuerpo humano de forma cómoda, segura y eficaz. Detrás de cada prototipo hay años de trabajo en mecánica, electrónica, materiales blandos, regulación sanitaria y ensayos clínicos, y aun así, la tecnología se considera inmadura y con muchos desafíos por delante.

De los exoesqueletos rígidos a los exotrajes blandos

La robótica de rehabilitación ha evolucionado desde estructuras rígidas pesadas hasta conceptos mucho más ligeros y flexibles, capaces de adaptarse mejor a la anatomía humana. Durante dos décadas, numerosos grupos de investigación y empresas han diseñado exoesqueletos orientados tanto a la terapia como a la compensación funcional de déficits motores, logrando sacar algunos modelos al mercado, pero sin resolver todavía todos los interrogantes sobre su utilidad clínica real.

En el caso de los exoesqueletos, los requisitos de diseño vienen marcados por una interacción directa con el cuerpo humano. No son robots que operan a distancia, sino sistemas «ponibles» que abrazan las extremidades y que, por tanto, deben considerar al humano y al robot como un único conjunto. Esta visión global es clave para entender los problemas de diseño mecatrónico, sensorización y control que aparecen cuando el dispositivo tiene que moverse “al unísono” con la persona.

Uno de los retos básicos es lograr que la estructura mecánica se acople bien al usuario, no solo para transmitir de forma eficiente las fuerzas necesarias para caminar o mover un brazo, sino también para garantizar comodidad y seguridad. Aquí entra en juego la cinemática: muchas articulaciones humanas no tienen un eje de giro fijo ni fácilmente replicable en una articulación robótica estándar, lo que provoca desalineaciones entre el eje del exoesqueleto y el de la articulación del paciente.

Estas desalineaciones mecánicas generan pérdidas en la transmisión de fuerza, incomodidad, puntos de presión no deseados y dificultades para seguir trayectorias de movimiento naturales. Además, cada cuerpo es distinto: hay variaciones en longitud de huesos, grosor de tejidos, deformidades óseas o musculares debidas a patologías que complican todavía más la adaptación de una estructura rígida a una población de pacientes muy diversa.

Por todo ello, la adaptabilidad y facilidad de uso se han convertido en objetivos centrales. La idea es lograr un “robot vestible” que pueda ajustarse sin complicaciones a distintos pacientes y terapias, que se coloque rápido en sesión clínica y que no exija un estado físico excelente para soportar el peso o la incomodidad del sistema.

Qué es un exotraje y por qué supone un cambio de enfoque

Ante las limitaciones de los exoesqueletos clásicos, han surgido los llamados exotrajes o exosuits, también conocidos como trajes activos. Su filosofía es clara: eliminar al máximo las partes rígidas y sustituirlas por textiles o materiales blandos que se adapten a la forma y al movimiento natural del cuerpo, siguiendo los principios de la robótica blanda.

En estos exotrajes, el diseño blando y biomimético busca imitar el comportamiento de los tejidos orgánicos. Se emplean materiales deformables que pueden estirarse, curvarse o retorcerse de manera similar a músculos, tendones o piel, con el objetivo de pasar de dispositivos voluminosos, duros e incómodos a soluciones motorizadas ligeras, flexibles y confortables para el día a día clínico.

A primera vista, un exotraje parece la solución ideal para la rehabilitación: se ajusta como una prenda, pesa poco y da más libertad de movimiento que una estructura rígida que recubre toda la pierna o el tronco. Sin embargo, la experiencia acumulada en los pocos proyectos de exotrajes de rehabilitación existentes demuestra que diseñar un sistema realmente eficaz es mucho más complejo de lo que aparenta.

En un mismo dispositivo confluyen las dificultades técnicas de la robótica blanda (comportamiento no lineal de los materiales, grandes deformaciones, estabilidad de la geometría bajo carga) con los problemas ya conocidos de los exoesqueletos: cómo conseguir que la interacción humano-robot sea lo más natural posible, cómo asegurar una buena usabilidad clínica y cómo demostrar realmente su valor terapéutico con evidencia científica robusta.

Además, para que un exotraje sea de verdad ligero, flexible y confortable, no basta con que la «estructura» sea blanda; también sensores, actuadores y cableado deben integrarse en ese entorno flexible sin restarle movilidad. Y ahí es donde aparecen algunos de los mayores cuellos de botella tecnológicos actuales.

Actuadores para exotrajes: del motor clásico a las aleaciones con memoria de forma

El componente que más condiciona el diseño de un exotraje es el actuador, es decir, el elemento que genera el movimiento o la fuerza de asistencia. Las tecnologías tradicionales, como motores eléctricos de corriente continua o actuadores neumáticos, ofrecen un buen control y fuerza, pero tienen un peso y un tamaño que dificultan claramente su integración en una prenda flexible.

Una solución bastante habitual ha sido recurrir a actuadores neumáticos flexibles, que se inflan y desinflan para generar movimiento. Su gran ventaja es que son ligeros y blandos por naturaleza, pero necesitan compresores o depósitos de aire comprimido, algo que añade volumen, ruido y logística al sistema, lo que no siempre encaja bien con un entorno clínico donde se busca simplicidad.

Otra aproximación muy utilizada consiste en sistemas de accionamiento por cables accionados por motores eléctricos. En este caso, el exotraje incorpora cables o cintas que transmiten la fuerza desde una «mochila» o caja, generalmente situada en la espalda del paciente, donde se alojan los motores, baterías y electrónica. Esta unidad puede llegar a pesar más de 3,5 kg, lo que obliga a que la persona tenga una condición funcional relativamente buena para poder llevarla sin que suponga una carga excesiva.

En los últimos años, las aleaciones con memoria de forma (SMA, Shape Memory Alloys) han ganado protagonismo como alternativa especialmente interesante para la robótica blanda y, en particular, para exotrajes. Estos materiales tienen la capacidad de cambiar de forma cuando se calientan y recuperar su forma original al enfriarse, lo que permite generar movimiento en espacios muy reducidos.

Las SMA aportan ventajas como una gran relación fuerza-peso, un volumen muy pequeño y una flexibilidad natural que encaja muy bien en tejidos textiles. Además, funcionan de forma silenciosa, algo muy valorado en entornos clínicos, y su coste puede ser relativamente bajo respecto a otros sistemas avanzados. Por todo ello, se están explorando como candidatos idóneos para actuar como “músculos artificiales” integrados en exotrajes de rehabilitación.

El gran reto mecánico: anclaje al cuerpo y transmisión de fuerzas

Cuando se eliminan las partes rígidas y se apuesta por un diseño textil, surge otro desafío clave: el anclaje del exotraje al cuerpo humano. En los exoesqueletos clásicos, las barras y uniones rígidas canalizan la fuerza de forma relativamente predecible. En los exotrajes, en cambio, la asistencia se realiza aplicando fuerzas de tracción sobre el cuerpo a través de cinchas, bandas y tejidos blandos.

El problema es que la flexibilidad del material textil hace que parte de la fuerza se pierda en deformaciones del propio tejido. Es decir, al tensar un actuador, no solo se mueve la articulación del paciente, sino que también se estira la ropa técnica, se desplazan los puntos de apoyo y se generan errores de posición difíciles de modelar matemáticamente, lo que complica mucho el diseño de los algoritmos de control.

Al mismo tiempo, el exotraje debe ser capaz de transmitir fuerza suficiente para estabilizar o movilizar las extremidades, o para aumentar la capacidad de fuerza de un usuario que aún conserva cierta movilidad. Es un equilibrio delicado entre comodidad y eficacia: demasiada rigidez compromete la confortabilidad, pero demasiada flexibilidad hace que la asistencia sea poco efectiva.

Además, los puntos de contacto humano-robot no pueden funcionar como anclajes fijos al cuerpo; tienen que permitir cierto deslizamiento natural de la piel y adaptarse a los cambios posturales, y a la vez mantenerse lo bastante firmes para que la fuerza de los actuadores llegue donde se necesita. Encontrar materiales, hebillas, cierres y geometrías que satisfagan estas condiciones es uno de los campos activos de investigación más complejos.

Por si fuera poco, hay que tener en cuenta la variabilidad anatómica de los pacientes: no es lo mismo diseñar para un niño con parálisis cerebral que para un adulto en rehabilitación tras una cirugía de rodilla o para una persona mayor con sarcopenia. Las deformidades, espasticidad, contracturas o escoliosis condicionan mucho dónde y cómo se pueden colocar los puntos de sujeción sin causar dolor ni interferir con la terapia.

Sensores textiles y control del movimiento en tiempo real

Los sistemas de rehabilitación robótica necesitan medir lo que está pasando en todo momento: ángulos articulares, fuerzas, patrones de marcha, fatiga, etc. Tradicionalmente, se han utilizado sensores comerciales de posición (potenciómetros lineales, sensores de efecto Hall) y sensores de fuerza situados cerca de las articulaciones o en las estructuras rígidas del robot.

En el contexto de los exotrajes, estos sensores convencionales suponen un obstáculo, porque suelen ser rígidos o semirrígidos y requieren carcasas y soportes, algo que va en contra de la filosofía blanda y flexible del diseño. Al tener que alojarse fuera de la articulación real del paciente, aumentan el volumen del sistema, restan compacidad e introducen dificultades en la integración con el tejido.

Por este motivo está creciendo el interés por nuevos materiales con capacidades sensoriales que puedan coserse o tejerse directamente en el textil del exotraje. En este ámbito destacan tecnologías como las nanofibras de carbono, los hilos de nailon recubiertos de plata o incluso los propios hilos de aleaciones con memoria de forma, que además de actuar pueden ser capaces de “sentir”.

Estos materiales cambian sus propiedades eléctricas en función de la deformación o de la fuerza que soportan, lo que permite utilizarlos como sensores de posición o de carga integrados en la propia prenda. La investigación se centra en caracterizar su respuesta eléctrica, su durabilidad al ser doblados, lavados o sometidos a sudor y fricción, y en cómo incorporarlos al patrón textil sin perjudicar la comodidad del usuario.

El objetivo final es contar con un sistema sensorial totalmente flexible, donde la chaqueta, el pantalón o el arnés del exotraje actúen como una “piel electrónica” capaz de informar en tiempo real de qué ocurre durante la sesión de rehabilitación, facilitando así el control automático y la toma de decisiones por parte del fisioterapeuta.

Control, asistencia variable y monitorización del entrenamiento

Además del hardware, la clave de un buen exotraje está en cómo se controla la asistencia que proporciona. Los sistemas más avanzados ofrecen la posibilidad de modificar en tiempo real el nivel de ayuda que se aplica en cada articulación, tanto de forma automática como mediante interfaces sencillas para el terapeuta.

En algunos dispositivos se recurre a tablets y control por voz para que el fisioterapeuta pueda ajustar parámetros sin tener que interrumpir la sesión o manipular físicamente el robot en exceso. Esto facilita el trabajo en clínica y permite adaptar rápidamente la terapia si el paciente mejora, se fatiga o presenta cambios inesperados durante el entrenamiento.

Estos exotrajes suelen complementarse con un software de sobremesa que recoge todos los datos relacionados con el entrenamiento en tiempo real: duración de las sesiones, número de pasos, niveles de asistencia, patrones de marcha, incidencias, etc., y, en algunos casos, se integra con sistemas de realidad virtual en rehabilitación. De esta manera, el profesional dispone de un registro detallado que puede analizar para personalizar la rehabilitación.

Esta información se convierte en una herramienta clave para ajustar las sesiones a las necesidades reales de cada persona. Por ejemplo, se puede aumentar progresivamente la exigencia para fomentar la recuperación activa, evitar sobrecargas en pacientes frágiles o detectar si hay una meseta en la mejoría que requiera replantear objetivos terapéuticos.

El exoesqueleto pediátrico de Marsi Bionics: un hito mundial

Uno de los ejemplos más llamativos de transferencia de la robótica de laboratorio al hospital es el primer exoesqueleto pediátrico del mundo, desarrollado en España por la ingeniera del CSIC Elena García Armada y comercializado a través de la empresa Marsi Bionics.

Este dispositivo es un armazón ajustable motorizado conectado a una batería y a una red de pequeños motores, sensores y software de control. Funciona como un conjunto de articulaciones mecánicas que se alinean con las piernas y el tronco de niños, generalmente entre 3 y 10 años, amplificando sus movimientos suaves y adaptándose de manera progresiva a su evolución durante la rehabilitación.

El sistema se puede ajustar al cuerpo del niño en menos de 8 minutos, lo que es fundamental en entornos clínicos con tiempos limitados y con pacientes que pueden cansarse o ponerse nerviosos si la colocación es demasiado lenta. Una vez colocado, permite que los pequeños caminen durante las sesiones de rehabilitación neuromuscular, algo que, para muchas familias, supone un cambio radical en su día a día.

Este exoesqueleto pediátrico se ha convertido en un caso de éxito de transferencia tecnológica, pasando del departamento de Robótica Inteligente del Centro de Automática y Robótica (CSIC-UPM), con más de tres décadas de experiencia en robótica de servicios e industrial, a hospitales de referencia. Este logro ha llevado a García Armada a ser finalista del Premio Inventor Europeo 2022 de la Oficina Europea de Patentes.

El punto de inflexión surgió en 2009, cuando una familia con una hija tetrapléjica, Daniela, acudió al grupo de investigación buscando una solución que el mercado no ofrecía: exoesqueletos diseñados específicamente para niños. Aunque ya existían dispositivos para adultos con paraplejia, las empresas consultadas no contemplaban desarrollar versiones pediátricas, dejando un vacío enorme en un colectivo especialmente vulnerable.

De la idea al marcado CE: regulación y ampliación de indicaciones

A partir de ese caso, el equipo de investigación decidió redirigir buena parte de su trabajo hacia exoesqueletos orientados al ámbito de la salud, centrados en la actuación biomimética: sistemas articulares capaces de adaptarse a la complejidad de los cuadros neurológicos en la infancia, donde conviven espasticidad, debilidad muscular, problemas de coordinación y deformidades esqueléticas.

En 2013 se llevó a cabo la primera prueba de concepto con Daniela, lo que marcó el inicio de un largo camino de ensayos y mejoras. Desde entonces, se ha hecho un esfuerzo continuado por ampliar el número de patologías para las que el exoesqueleto resulta útil, siempre bajo el marco regulatorio de los productos sanitarios.

Estos dispositivos se rigen por una regulación internacional estricta, supervisada en Europa por organismos como la Agencia Europea de Medicamentos, lo que implica que la eficacia y seguridad deben demostrarse patología por patología, del mismo modo que sucede con un medicamento. Solo así es posible ampliar de forma progresiva las «indicaciones de uso» que aparecen en la documentación oficial.

En 2021 se alcanzó un hito crucial: el exoesqueleto pediátrico obtuvo el marcado CE para uso clínico en atrofias musculares y parálisis cerebrales infantiles, dos grupos de patologías que suman más del 90 % de las discapacidades motoras en la infancia. Esto ha permitido que el dispositivo se utilice de forma rutinaria en centros de referencia en España.

Paralelamente, se ha llevado a cabo un proceso de industrialización y escalado de la tecnología. En un principio se valoró licenciar la invención a un fabricante externo, pero el propio proceso de puesta a punto demostró que la empresa creada por la investigadora, Marsi Bionics, podía asumir la comercialización directamente y acelerar así la llegada del producto al mercado.

Expansión clínica, adultos y nuevas aplicaciones

Las patentes de los desarrollos han sido fundamentales para atraer inversión y contratar el talento necesario para convertir los prototipos en productos sólidos. Gracias a ello, Marsi Bionics ha crecido hasta contar con alrededor de 25 empleados, y su exoesqueleto pediátrico para atrofia muscular espinal ya se utiliza en varios centros de referencia nacionales.

Está previsto que este tipo de tecnología se extienda a otros países como México, Italia, Reino Unido, Colombia o Hungría, ampliando el acceso a niños que hasta ahora no disponían de este tipo de tratamientos robóticos avanzados.

El trabajo no se limita al ámbito pediátrico. También se han desarrollado dispositivos para adultos, por ejemplo, orientados a la rehabilitación tras cirugía de rodilla, que ya están siendo utilizados en hospitales vinculados a aseguradoras sanitarias como Sanitas. Al mismo tiempo, se está investigando el potencial de estos sistemas en patologías como el ictus o la esclerosis múltiple.

La idea general es abordar el mayor número posible de trastornos motores con un enfoque similar al seguido en niños: demostrando la utilidad y la seguridad de manera sistemática, acumulando evidencia clínica y adaptando los algoritmos de control y los diseños mecánicos a las características específicas de cada patología.

De cara al futuro, uno de los grandes retos consiste en que estos dispositivos salgan del entorno puramente hospitalario y puedan integrarse en la vida diaria de las personas, tanto en el contexto del envejecimiento activo como en la asistencia en tareas laborales exigentes, reduciendo la fatiga muscular y el riesgo de lesiones en la industria.

Retos pendientes: adaptabilidad, vida diaria y percepción social de los robots

Aunque los avances son llamativos, los responsables de estos desarrollos coinciden en que queda mucho por hacer. La prioridad está en lograr la máxima adaptabilidad a un espectro amplio de usuarios, desde niños con parálisis cerebral hasta adultos mayores o trabajadores que necesitan soporte físico para sus tareas.

Otro desafío importante es conseguir que estos exoesqueletos y exotrajes se integren de forma natural en entornos no clínicos, pasando del hospital al hogar, el colegio, el trabajo o la comunidad. Para ello es imprescindible que sean cómodos, intuitivos de manejar, relativamente asequibles y que no requieran la supervisión constante de un equipo experto.

En paralelo, la robótica en general se enfrenta a tareas que para los humanos son aparentemente triviales, como lavar platos, pelar una patata o abotonar una camisa. Todas ellas implican una psicomotricidad fina, capacidad de percepción táctil e integración sensoriomotriz que para las máquinas sigue siendo extremadamente compleja, igual que caminar de manera estable o mantener el equilibrio en terreno irregular.

En otros dominios de la inteligencia, como la cinestesia, la intuición o la gestión de emociones, los robots también tienen mucho camino por recorrer. Y esto influye en cómo se perciben socialmente estas tecnologías: entre el entusiasmo por sus beneficios potenciales y el miedo, a menudo alimentado por la ficción, a que se vuelvan contra nosotros o desplacen masivamente al ser humano.

Para combatir esos mitos, se han publicado obras de divulgación como el ensayo «Los robots y sus capacidades», donde se explica con un lenguaje cercano qué es realmente un robot, cómo funciona y qué límites tiene. La idea es reducir los temores irracionales permitiendo que la sociedad entienda mejor cómo “piensa” una máquina y qué podemos esperar de ella en campos como la robótica, la digitalización o la inteligencia artificial.

Mirando el conjunto de avances en exoesqueletos rígidos y exotrajes blandos, queda claro que esta tecnología está llamada a mejorar la calidad de vida de muchas personas, especialmente aquellas que, por su edad o condición, no pueden acceder a terapias robóticas convencionales. En fases tempranas de rehabilitación, en pediatría o en casos complejos, los exotrajes ofrecen un nivel de confort y adaptabilidad muy difícil de igualar por otros sistemas, y todo apunta a que, a medida que se superen los retos tecnológicos actuales, se convertirán en una herramienta fundamental tanto para la rehabilitación como para la asistencia diaria.