Paula Alonso María ha desarrollado como Trabajo Fin de Grado un prototipo que permite manejar una silla de ruedas eléctrica mediante movimientos de la cabeza. El sistema utiliza un sensor inercial y una Raspberry Pi, mantiene operativo el joystick original e incorpora frenado progresivo y parada automática de emergencia.
Una estudiante de la Universidad de Burgos ha desarrollado un sistema de bajo coste que permite controlar una silla de ruedas eléctrica mediante movimientos de la cabeza, una solución dirigida a personas con una discapacidad motora severa que conservan esta capacidad de movimiento. Paula Alonso María ha diseñado el prototipo como Trabajo Fin de Grado en Ingeniería Electrónica y Automática, con un coste aproximado de materiales de 200 euros y una arquitectura concebida para adaptarse a diferentes modelos de sillas.
El proyecto, titulado Sistema autónomo de control de silla de ruedas eléctrica basado en el control cefálico con Raspberry Pi, ha obtenido una calificación de 9,5, Sobresaliente, y ha contado para su validación con una silla eléctrica cedida por la Asociación de Esclerosis Lateral Amiotrófica de Castilla y León, ELACYL.
La propuesta aborda una dificultad concreta de las tecnologías de apoyo. Los sistemas convencionales de conducción mediante joystick requieren una capacidad funcional en las extremidades superiores que algunas personas han perdido o nunca han tenido, de modo que resulta necesario trasladar las órdenes de desplazamiento a movimientos corporales que el usuario pueda conservar.
Los movimientos de cabeza sustituyen al joystick
El funcionamiento parte de un sensor inercial colocado en la cabeza, encargado de interpretar los movimientos realizados por el usuario y convertirlos en instrucciones sobre dirección y velocidad. La información viaja de forma inalámbrica hasta una placa Raspberry Pi, que procesa las señales y controla en tiempo real la respuesta de los motores de la silla.
La inclinación cefálica funciona así como interfaz de conducción. El usuario puede transmitir una orden sin necesidad de accionar físicamente una palanca con las manos, mientras la electrónica transforma el movimiento detectado por el sensor en parámetros que permiten modificar el desplazamiento.
El interés del desarrollo reside precisamente en trasladar tecnologías de consumo relativamente accesibles a una aplicación de apoyo personal. Una Raspberry Pi, un sensor de movimiento y los elementos electrónicos necesarios para comunicarse con la silla constituyen la base de un prototipo cuyo coste de componentes se sitúa alrededor de 200 euros, según la Universidad de Burgos.
Esa cantidad corresponde al material empleado para construir el prototipo académico y no equivale al precio de un producto sanitario comercial terminado, que requeriría procesos adicionales de diseño, validación, certificación, fabricación y mantenimiento antes de una eventual llegada al mercado.
Un algoritmo suaviza la aceleración y el frenado
La capacidad de dirigir la silla constituye solo una parte del trabajo. Paula Alonso ha incorporado un algoritmo destinado a controlar de forma progresiva las fases de aceleración y deceleración, con el objetivo de evitar respuestas abruptas ante los movimientos de la cabeza.
El sistema añade además un protocolo automático de parada de emergencia. La Universidad explica que el mecanismo puede detener la silla cuando detecta movimientos bruscos e imprevistos o una situación compatible con una eventual pérdida de conciencia del conductor.
Ambas funciones resultan relevantes porque una interfaz cefálica debe distinguir entre las inclinaciones utilizadas deliberadamente para dirigir la silla y otros movimientos que pueden producirse involuntariamente. La seguridad del sistema depende, por tanto, tanto de reconocer correctamente una orden como de saber cuándo dejar de ejecutarla.
El desarrollo introduce de este modo un segundo nivel de procesamiento entre el movimiento corporal y los motores. La cabeza proporciona la instrucción, mientras el software determina cómo traducirla en una respuesta progresiva y bajo qué circunstancias debe interrumpir el desplazamiento.
El sistema conserva el control convencional de la silla
Otra de las características destacadas por la UBU es la compatibilidad con diferentes modelos de sillas eléctricas. El prototipo se instala de manera paralela al circuito original, por lo que permite mantener el sistema convencional y alternar entre el manejo mediante joystick y el control cefálico.
Esta arquitectura evita plantear la adaptación como una sustitución irreversible de los mecanismos incorporados por el fabricante. La misma silla puede utilizar una modalidad u otra dependiendo de las necesidades del usuario y de las condiciones en las que se produzca el desplazamiento.
La Universidad sostiene que esta configuración facilita su implementación en cualquier modelo del mercado. Al tratarse todavía de un prototipo desarrollado y validado dentro de un Trabajo Fin de Grado, la compatibilidad comercial completa tendría que comprobarse posteriormente sobre los distintos sistemas electrónicos, controladores y configuraciones utilizados por los fabricantes.
La posibilidad de conservar el joystick presenta además utilidad para situaciones en las que otra persona necesite manejar la silla o en aquellos casos en los que resulte conveniente disponer de un sistema alternativo de conducción.
ELACYL aporta una silla para las pruebas reales
La investigación ha contado con la colaboración de la Asociación de Esclerosis Lateral Amiotrófica de Castilla y León, que donó la silla eléctrica utilizada durante el desarrollo y las pruebas reales del prototipo.
La aportación ha permitido trasladar el trabajo desde el diseño electrónico y la programación hasta un dispositivo físico completo, comprobar la respuesta de los motores y analizar cómo las órdenes generadas mediante el movimiento cefálico se comportan durante la conducción.
La colaboración introduce además una conexión directa entre la ingeniería universitaria y una necesidad que afecta a personas cuya movilidad puede encontrarse gravemente limitada. El desarrollo de tecnologías de apoyo exige precisamente adaptar interfaces, dispositivos y sistemas de control a capacidades funcionales muy diferentes.
En el caso de determinadas personas con ELA y otras condiciones que afectan intensamente a la movilidad, conservar movimientos de cabeza mientras disminuye la capacidad para utilizar brazos y manos puede convertir este tipo de interfaces alternativas en una posible vía para preservar grados de autonomía en los desplazamientos.
El bajo coste busca ampliar las posibilidades de adaptación
La elección de electrónica de consumo ocupa un lugar central en el proyecto. Frente a desarrollos construidos alrededor de componentes específicamente fabricados para un único dispositivo, la utilización de tecnologías ampliamente disponibles permite reducir el coste material y facilita las posteriores modificaciones del prototipo.
Los aproximadamente 200 euros estimados por la Universidad sitúan el trabajo en una línea de innovación donde el objetivo no consiste únicamente en demostrar que el control cefálico es técnicamente posible, sino también en explorar cómo hacerlo mediante componentes económicos.
El coste resulta especialmente relevante en las tecnologías de asistencia, donde las adaptaciones deben responder a necesidades muy individualizadas y pueden requerir modificaciones adicionales cuando evoluciona la capacidad funcional de la persona.
El proyecto tampoco plantea un sistema cerrado. La estructura electrónica y de software permite incorporar posteriormente nuevas formas de interacción y sensores adicionales, una posibilidad que ya forma parte de las siguientes fases previstas por su autora.
Láser, voz y mirada marcan las siguientes mejoras
El prototipo actual constituye una primera base sobre la que Paula Alonso plantea continuar trabajando. Una de las mejoras previstas consiste en incorporar sensores láser capaces de detectar obstáculos, con vistas a que la propia silla pueda identificar determinados elementos del entorno e intervenir sobre la conducción para evitar una colisión.
La segunda línea contempla el control mediante comandos de voz, lo que añadiría una nueva interfaz a los movimientos cefálicos y permitiría distribuir diferentes órdenes entre varios sistemas de entrada.
El desarrollo futuro alcanza también las tecnologías de seguimiento ocular o eye-tracking. La mirada podría convertirse en otro canal de interacción para usuarios con posibilidades de movimiento muy reducidas, ampliando las alternativas cuando el control de la cabeza resulte insuficiente o pierda precisión.
La combinación de estos sistemas apunta hacia una arquitectura multimodal en la que cabeza, voz, mirada y sensores del entorno puedan complementarse. Su desarrollo exigirá determinar qué funciones resultan más seguras mediante cada vía y cómo evitar órdenes contradictorias o involuntarias.
De un TFG a una tecnología de apoyo con recorrido
El trabajo de Paula Alonso se ha desarrollado dentro del Grado en Ingeniería Electrónica y Automática de la Universidad de Burgos y constituye, por el momento, un prototipo académico. La institución ha publicado además un vídeo en el que puede observarse el funcionamiento de la silla durante las pruebas.
La calificación de 9,5 reconoce un proyecto que integra electrónica, comunicaciones inalámbricas, programación, control de motores y criterios de seguridad alrededor de una aplicación concreta de accesibilidad.
Su posible evolución requerirá nuevas fases de desarrollo y validación antes de poder plantearse como una solución disponible para usuarios. Aspectos como la fiabilidad continuada, la respuesta ante diferentes movimientos involuntarios, la adaptación individual, las pruebas sobre distintos modelos de silla y los requisitos regulatorios forman parte de la distancia existente entre un prototipo funcional y un dispositivo comercial.
El trabajo deja, entretanto, una demostración técnica concreta. Una placa Raspberry Pi, un sensor colocado en la cabeza y electrónica por unos 200 euros han permitido convertir movimientos cefálicos en órdenes de conducción y mantener al mismo tiempo el joystick convencional, una base sobre la que el proyecto pretende incorporar ahora obstáculos, voz y mirada.
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